9. Физиология обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии – совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен ими между организмом и внешней средой. Обмен веществ и энергии – главное условие жизни, взаимосвязаны между собой. Энергия питательных веществ преобразуется в формы макроэргических связей (АТФ, креатинфосфата и др.).

Основной обмен (ОО) – минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности при стандартных условиях - полный физический и эмоциональный покой, поза «лежа»; утренние часы; состояние бодрствования; температура комфорта (22⁰С); натощак (через 12 –14 часов после приема пищи).

Основные показатели энергетического обмена: энергетическая ценность (калорийность) пищевых продуктов; количество кислорода, необходимое для окисления продуктов; величина дыхательного коэффициента (ДК=СО₂/О₂); калорический эквивалент кислорода (КЭК). Все эти показатели для различных пищевых продуктов различны. Обмен веществ и энергии, совершающийся в обычных условиях существования организма называется общим или валовым обменов. Он складывается из основного обмена, энергозатрат на трудовую деятельность и специфически-динамического действия пищи.

Белки выполняют в организме многочисленные функции: пластическая, каталитическая, дыхательная, защитная, транспортная. Состоят из аминокислот, которые подвергаются следующим изменениям: используются для синтеза собственных белков организма; дезаминированию (образуется NH₃, а из него мочевина); реакции переаминирования с кетокислотами.

Запасы белка в организме отсутствует, обновляются белки у человека в среднем за 80 дней.

При оценке белкового питания учитывается количество и качество белков. Восемь из двадцати аминокислот, входящих в состав белков, являются незаменимыми, поступают с животной пищей (мясо, яйцо, молоко, рыба) не менее 30%.Основным источником азота в организме является белок, в связи с этим учитывается азотистый баланс- соотношение количества азота, поступившего в организм с пищей и выделенного из него. О количественной стороне белкового обмена судят по азотистому балансу, который может быть в состоянии равновесия, положительным или отрицательным. Если азот, поступающий с пищей равен азоту, выделяемому из организма, то это состояние равновесия. Положительный азотистый баланс наблюдается в период роста, при беременности, выздоровлении после болезни, при занятии спортом; отрицательный – при разрушении тканевых белков, безбелковой диете, при лихорадках.

Регуляция белкового обмена осуществляется вегетативной нервной системой и гуморальным путем (гормоны – гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, половые железы).

Функции жиров многообразны: пластическая, энергетическая, защитная, источник эндогенной воды, в жирах растворяют витамины А, D, Е, К, теплоизолирующая. В ЖКТ под действием ферментов жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты.

50 Процентов жиров идет на получение атф, 10 –20 % - в запас в подкожной клетчатке, в печени из жиров образуется гликоген.

Регуляция жирового обмена осуществляют вегетативная нервная система и гуморальные факторы, прежде всего гормоны гипофиза, щитовидной, поджелудочной и половых желез, надпочечников.

Основная функция углеводов в организме – энергетическая, для всех клеток организма, особенно для мозга и сердца.

70 процентов от суточного потребления углеводов окисляется до СО₂ и Н ₂О с образованием АТФ.

Сущность углеводного обмена состоит в поддержании оптимальной концентрации глюкозы в крови (норма – 0,08 – 0,12%) за счет взаимопревращения глюкозы и гликогена, а также жиров и белков.

В организме белковый, углеводный и жировой обмен взаимосвязаны и в этом большую роль играет печень.

Регуляция углеводного обмена осуществляется вегетативной нервной системой и гуморальным путем (концентрация глюкозы в крови, гормонами – поджелудочной железы, гипофиза, надпочечников).

Вода и минеральные соли – важнейшие компоненты внутренней среды организма. Водно-солевой обмен – совокупность процессов поступления воды и солей в организм и выделения их из организма. Количество воды в организме зависит от возраста – чем моложе организм, тем больше в нем воды у взрослых – 60 –65 % от массы тела.

Вода в организме подразделяется на внеклеточную (свободную) – кровь, лимфа, внеклеточная жидкость, ликвор (28 %) и внутриклеточную (в комплексе с коллоидами и в составе белков, жиров, углеводов) – 72 %. Между ними динамическое равновесие. Обмен воды идет постоянно, в капиллярах. Основной фактор этого обмена – соотношение онкотического и гидростатического давлений в капиллярах. Количество поступающей и выводимой из организма воды должно быть сбалансировано.

Одновременно с обменом воды происходит и обмен минеральных солей. Они жизненно необходимы для организма: входят в состав ферментов, пигментов, белков; влияют на усвояемость витаминов, а через это – влияют на обмен веществ.

Так же как, и в случае воды, должен быть баланс между поступлением и выведением минеральных веществ.

Для нормального функционирования организма совершенно необходимы природные органические вещества-витамины. Недостаток витаминов приводит к нарушению обмена веществ, а полное отсутствие к заболеваниям: гиповитаминозам или авитаминозам. Витамины должны ежедневно поступать с пищей, лишь немногие, и в очень незначительных количествах, могут синтезироваться в организме. Витамины подразделяют на 2 группы: водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины (комплексы В, С, Р) не накапливаются в организме. Жирорастворимые витамины (А, Д, Е, К, F) могут накапливаться в организме, что создает предпосылки для возникновения явлений гипервитаминоза.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется на выполнения работы, поддержания температуры, на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.

Энергию образовавшуюся в организме определяют калориметрией, исследую валовой обмен и выражают ее в единицах тепла - калориях или джоулях.

Уровень энергетического обмена находится в зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания и ряда других факторов. Уровень энергетического обмена в организме может изменяться под влиянием коры головного мозга. В регуляции обмена энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь влияние идет через вегетативные нервы или рядом эндокринных желез.