Обмен веществ - это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности, воспроизведение потомства, активное взаимодействие с окружающей средой.
Во всех живых организмах, от самых примитивных до самых сложных, каким является человек, основа жизни - это обмен веществ и энергии. Благодаря ему каждый организм не только поддерживает своё существование, но развивается и растет. Обмен веществ определяет цикличность жизни: рождение, рост и развитие, старение и смерть.

Пластический и энергетический обмен

Под пластическим обменом понимают такие процессы, в ходе которых в клетках создаются новые соединения и новые структуры, характерные для данного организма. Под энергетическим обменом понимают такие превращения энергии, в ходе которых в результате биологического окисления выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма в целом.
Результатом биологического окисления является образование углекислого газа, аммиака, соединений фосфора , натрия , хлора , которые выводятся из организма. Эта заключительная стадия обмена веществ. Она осуществляется кровью, легкими, потовыми железами, органами мочевыделения.

Буранов Разиль Альбертович

План

1.Обмен веществ и энергии /метаболизм /.

2.Превращение и использование энергии.

3. Определение уровня метаболизма.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, -1-

образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, и Н2О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия.

Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур.

Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии. Энергетический эквивалент пищи

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом.

В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом . При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО2 и Н2О.

Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой "сгорание" вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном

окислении 1 моля глюкозы до СО2, и Н2О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, - калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал= 4,19 кДж).

Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в колориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины.

Определение уровня метаболизма. Основной обмен

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.

Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2.

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии

Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического-динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности - отношением общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного обмена.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Конкурсная работа по биологии

Тема: « Обмен веществ и энергии -

основное свойство жизни ».

Работу выполнил ученик 8 класса Буранов Разиль Альбертович .

Преподаватель: Баязитов Р.З.

2013г

План

1.Обмен веществ и энергии / метаболизм /.

2.Превращение и использование энергии.

/Анаэробный и аэробный обмен/.

3. Определение уровня метаболизма.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, -1-

образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО 2 , и Н 2 О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия.

Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур.

Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии. Энергетический эквивалент пищи

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом.

В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом . При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО 2 и Н 2 О.

Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой "сгорание" вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном

окислении 1 моля глюкозы до СО 2 , и Н 2 О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, - калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал= 4,19 кДж).

Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в колориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины.

Определение уровня метаболизма. Основной обмен

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.

Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О 2 и СО 2 .

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии

Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического-динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности - отношением общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного обмена.

Обмен веществ, или как его еще именуют "метаболизм" – это сложный процесс, в котором участвует много различных систем. Этот процесс настолько сложен и значим для нашего организма, что не останавливается ни на секунду.

Что такое обмен веществ:

Обмен веществ в организме человека:

Процесс, который подразумевает под собой расщепление белков , жиров и углеводов , позволяющий организму получать необходимую энергию, для обеспечения полноценной жизнедеятельности. Функционирует наш организм благодаря работе обменных процессов в клетках. Для того, чтобы работа организма была полноценной, должно поступать достаточное количество пищи, которая преобразуется в гормоны и ферменты в результате химических реакций.

Что такое ферменты:

Ферменты - это вещества, которые участвуют в процессе химических реакций, в результате которых расщепляются жиры, белки и углеводы. Жизнедеятельность клеток поддерживается за счет таких процессов. Современные исследования показали наличие около 3,5 тыс. ферментов. Однако, ферменты не могут полностью выполнять процессы без помощи гормонов, потому как находятся под контролем самих гормонов.

Что такое гормоны:

Гормоны вырабатываются железами эндокринной системы. Они взаимодействуют с одним видом ферментов и тормозят работу других. Стоит отметить, что те люди, которые принимают гормоны в виде таблеток, не могут полностью и правильно контролировать их баланс в организме. Гормоны действуют на организм по - разному, улучшая работу одних органов и ухудшить деятельность других в одно время. В качестве примера можно рассмотреть прием гормонов для лечения суставов, после которых может ухудшиться зрение.

Виды обмена веществ:

Выделяют 2 типа основоного обмена веществ в организме:

Анаболизм

Под этим понятием подразумевается химический процесс, который предусматривает обновление и образование новых клеток, тканей, органических веществ. Этот процесс скапливает определенное количество энергии, которая постепенно расходуется для защиты организма от внешних, неблагоприятных факторов, таких как различные болезни и инфекции, а также способствует росту организма в целом.

Катаболизм

Противоположный анаболизму процесс, при котором происходит расщепление жиров, углеводов и белков для выработки энергии. Этот процесс не менее важен для организма, и входит в общий процесс метаболизма. Катаболическая химическая реакция разрушает крупные молекулярные формулы на более мелкие, таким образом выделяя энергию. Однако, в случае переизбытка выделяемой энергии, организм откладывает ее в виде жировой ткани.

Наш организм особенно нуждается в необходимых для него веществах, таких как:

• Вода
  
• Белки
  
• Углеводы
  
• Жиры
  
• Минералы и витамины
  

Эти составляющие являются строительным материалом для нашего организма, они помогают в образовании новых тканей и клеток, которые способствуют росту. Множество различных факторов имеют серьезное влияние на обмен веществ. К таким относят: физическую активность, телосложение, количество съеденных калорий, и другие.

Замедление обмена веществ, причиной этому служат жесткие диеты, голодание, недостаток сна, отказ от углеводов. Если организм недополучает необходимые ему для жизнедеятельности калории и полезные вещества, тогда это расценивается как голодание, и запускается процесс экономии всех ресурсов, начинается накопление жира. Организм бережет вас от смерти, он заботится о вас.

Физические нагрузки тяжелого характера также замедляют обмен веществ. Ну и самое интересное то, что сидячий образ жизни, также зставляет организм накапливать жир, это тоже расценивается организмом как проблема.

Как ускорить процесс обмена веществ? Во всём нужен правильный подход, а именно:

• Питаться часто и небольшими порциями,соблюдать диету.
• Уделить внимание спорту
• Обеспечить организм витаминами и минералами в необходимых количествах
• Не пропускать завтрак
• Употребление достаточного количества воды

Что касается тренировок, то здесь должны преобладать силовые тренировки (бодибилдинг) и кардиотренинг (бег, плавание, велосипед и т.д.).Ваши тренировки должны быть тяжелыми, чтобы вы могли честно похвалить себя после хороших нагрузок, но, они не должны быть изнурительными. Много - не значит хорошо, во всём должна быть золотая середина. Почему нельзя пропускать завтрак? Завтрак - важнейший из всех приемов пищи, который запускает процесс метаболизма, и еще напомню, что после ночи обмен веществ замедляется, но мы его ускорим, вовремя позавтракав. Витамины и минералы нужно принимать дополнительно, чтобы поддерживать оптимальный баланс в организме, опять же - нельзя злоупотреблять фруктами, в них много фруктозы, помните это. Питание часто и небольшими порциями ускоряет ваш метаболизм, оптимально питаться через каждые 2.5 - 3 часа. Ну а вода - неотъемлемая часть всего вышеописанного, употребление нужного количества воды важно необходимо для организма и во время тренировок.

Мой совет: нужно научиться уделять внимание каждой мелочи. Если что - то не учитывать, это скажется на результате, в итоге.

Желаю всем успехов и терпения!

Изменения скорости биохимических реакций или обменных процессов в мышцах, стенках кровеносных сосудов очень невелики - от состояния расслабления до наивысшего напряжения возможно ускорение биохимических реакций лишь в 2-2,5 раза. В сердечной мышце скорость биохимической реакции может возрастать в 4-5 раз. Но зато в скелетных мышцах конечностей интенсивность биохимических реакций способна увеличиваться в 15-20 раз!

Именно этот огромный функциональный диапазон скелетных мышц позволяет нам поднимать груз, втрое превышающий собственный вес, пробегать стометровку со скоростью электрички и т.д.

В каждой живой клетке имеется АТФ. Это сложное органическое вещество представляет собой главный энергетический ресурс во всех биологических системах. По аналогии с электричеством АТФ нередко называют «аккумулятором» энергии в клетке. Но такая аналогия неточна, потому что аккумулятор, как правило, работает в два цикла: зарядка-разрядка и т.д. Та энергия, которая накоплена в виде АТФ в живой клетке, «заряжается» и «разряжается» одновременно.

Для наглядности объяснения сравним АТФ с деньгами. Итак, у человека возможны три источника необходимых денежных средств: зарплата - постоянные поступления, почти равные расходам; накопления - определенный резерв, собранный заранее «на черный день»; долг.

Почти такие же три источника энергетических ресурсов имеются у каждой клетки:

• 1) окислительный процесс - поступление энергии за счет «сжигания» в огне биохимических реакций углеводов, жиров и ненужных «отработанных» белков. Эти поступления примерно равны расходам;
• 2) запас энергии в виде гликогена 1 - того накопления, которое определяет энергетическое «благополучие» клетки. Использование гликогена для энергетических целей проходит в цикле биохимических реакций, которые называются гликолизом ;
• 3) запас энергии (расходуемый только при крайней необходимости) в виде КрФ - специального вещества, приспособленного для «хранения» энергии. Как только прекратится работа клеток, потребовавшая расхода КрФ, этот «долг» должен быть незамедлительно возвращен. В организме человека несколько сотен крупных и мелких мышц, каждая из которых состоит из нескольких тысяч отдельных мышечных волокон. Эти волокна - мышечные клетки, которые порой невооруженным глазом и рассмотреть невозможно, различаются но многим свойствам, в том числе по организации энергетического обеспечения (табл. 1.3).

В начале работы активируются быстрые волокна (тип II). Когда разбег взят и совершается равномерная работа, сокращаются уже в основном медленные волокна (тип I), но если надо увеличить усилия или ускорить движения, вновь подключаются быстрые (тип IIБ).

Природой предусмотрено и несколько способов охлаждения организма. Первый из них, наиболее простой и эффективный при легкой работе - усиление дыхания.

Второй способ охлаждения напоминает конструкцию автомобильного радиатора. Кровеносные сосуды , расположенные близко к поверхности кожи , при работе сильно расширяются, скорость кровотока через них возрастает в несколько раз, и горячая кровь из глубины тела, подходя к поверхности, которая составляет (у взрослого человека) около 2 м , отдает

Таблица 1.3

избыточное тепло. Раскрытие кожных сосудов вызывает покраснение лица, шеи, груди, спины, реже - рук или ног.

Такой способ охлаждения наиболее эффективен при быстром перемещении или при низкой температуре воздуха.

Но самый эффективный способ охлаждения у человека - это испарение пота. Скорость теплоотдачи за счет потения при напряженной работе достигает 20 ккал в минуту, т.е. примерно 60% от суммарной теплопродукции организма.

Итак, мы рассмотрели некоторые процессы, которые совершенствуются в организме, когда он выполняет ту или иную мышечную работу, познакомились с некоторыми закономерностями, определяющими реакции организма на нагрузку разной мощности.

У человека обмен веществ складывается из двух противоположных процессов - ассимиляции 1 и диссимиляции . Совокупность всех процессов синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот), идущих на построение органов и тканей, получила название ассимиляции. Процессы ассимиляции в клетках всегда сопровождаются поглощением энергии.

Диссимиляция находится в тесном взаимодействии с ассимиляцией и заключается в распаде веществ организма с выделением энергии. Взамен распадающихся веществ образуются органические соединения, и таким образом осуществляется постоянный круговорот обмена веществ и энергии, идет процесс постоянного самообновления клеточного состава тела человека.

Обмен веществ и обмен энергии в теле человека - это два проявления единого процесса. За счет поступления в организм пищи как раз и поддерживается постоянство интенсивности обмена веществ. Поступающие питательные вещества (углеводы, белки, жиры) восполняют потери в органических веществах.

Большинство питательных веществ используются организмом человека не непосредственно, поскольку они являются малорастворимыми соединениями и не могут из пищеварительного тракта сразу поступить в кровь. Усвоение их организмом становится возможным только после того, как они расщепляются на более простые и легкорастворимые вещества: белки - на различные аминокислоты, жиры - на глицерин и жирные кислоты, крахмал превращается в глюкозу.

Большую роль в этом процессе играют пищеварительные ферменты, а также минеральные соли, вода.

Помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды, организму необходимо наличие минимального количества витаминов.

Посредством обмена веществ непрерывно вырабатывается или высвобождается энергия, идущая на обеспечение основного обмена (т.е. работы всех внутренних органов), на синтез различных клеточных структур, наконец, на обеспечение физической и умственной работы. Не менее важно и то, что посредством обмена веществ идет постоянное обновление всех составных элементов клеток органов и тканей. Так, например, некоторые ферменты печени обновляются каждые 4 ч. А вот эритроциты живут довольно долго - 80-100 суток.

Подсчитано, что в течение жизни человека его белки обновляются более 200 раз.

Свою независимость от внешней среды организм создает с помощью разнообразных сложных реакций. К ним можно отнести изменения функционирования нервной, эндокринной, кровеносной систем. А иммунная система обеспечивает невосприимчивость к действиям микроорганизмов, вредных физико-химических агентов. Система терморегуляции создает человеку независимость от изменения температуры.

Получается, что постоянно, каждый момент организм приспосабливается к любым внешним воздействиям и тем самым создает свою относительную независимость и автономность.

Если обмен веществ нарушается, то такое нарушение выражается в виде изменения химического постоянства на уровне клеток какой-либо ткани, органа, а то и организма в целом. Соответственно проявление многих заболеваний можно характеризовать по их влиянию на изменение химических соединений на всех этих уровнях. Это объясняет постоянную потребность в притоке пищевых продуктов.

За 70 лет жизни человек съедает белков более 2,5 т, жиров около 2 т, углеводов около 10 т, выпивает более 50 тыс. л воды.

Для всего живого характерны органические молекулы, причем в их состав в основном входит углерод, а также различное количество водорода, кислорода, азота и небольшой процент фосфора, серы, железа и других элементов. Углерод во всех живых системах - самый важный элемент.

Важным химическим компонентом жизнедеятельности всех клеток является АТФ - универсальный источник энергии для различных обменных процессов. АТФ - это аккумулятор и носитель свободной энергии. Практически все реакции энергетического обмена в клетках протекают посредством образования и распада молекул АТФ. Следовательно, в клетках живого организма АТФ является не только источником химической энергии во многих метаболических реакциях, но и аккумулятором, донором и специальным носителем энергии.

Вместе с тем следует иметь в виду, что основными высокомолекулярными соединениями организма человека являются молекулы белков и нуклеиновых кислот, а также углеводов и липидов. Они обладают определенным химическим строением, от которого зависят их свойства и биологическая роль в организме. Для образования высокомолекулярных соединений используются следующие простые молекулы (рис. 1.15).

Рис. 1.15.

(по Н. И. Волкову, Э. Н. Несену, А. А. Осипенко, С. Н. Корсуну)

Химическая энергия АТФ постоянно используется в клетках организма для поддержания всех энергопотребляемых биологических процессов (рис. 1.16, по Н. И. Волкову и др.).

При физических нагрузках изменяется обмен веществ и энергии, а также механизмы их регуляции, что составляет основу метаболической адаптации организма к воздействующим физическим нагрузкам (тренировкам). Изучение приспособительных изменений обмена веществ позволяет познать особенности адаптации организма к физическим нагрузкам, выбрать эффективные средства, методы восстановления и повышения физической работоспособности.

Однако следует заметить, что количество АТФ в тканях организма человека относительно невелико, поскольку она не запасается в тканях. Всего в организме содержится около 50 г АТФ. Заметим, что даже при напряженной мышечной деятельности, вызывающей утомление, запасы АТФ в мышцах могут снижаться только в течение нескольких секунд на 20-25%, так как постоянно работают механизмы ее восстановления. При этом в клетках поддерживается относительное постоянство концентрации АТФ. Так обеспечивается сбалансированность процессов образования (ресинтеза) и использования (утилизации) АТФ. При увеличении скорости использования АТФ автоматически активируется механизм ее образования (рис. 1.16).

Вода (Н2О) - одно из самых важных соединений в организме человека. Без воды не могут осуществляться процессы жизнедеятельности, без воды невозможна и сама жизнь. Потери 10-20% воды организма приводит к его гибели. От со-

Рис. 1.16.

держания воды в организме зависит физическая работоспособность спортсмена, скорость протекания восстановления, способность противостоять различным стрессам и само состояние здоровья.

Выделение воды из организма в сутки (около 2,5 л) в состоянии относительного покоя распределяется по следующей схеме: с мочой выделяется 1500 мл (60%), через кожу - 450 мл (6%), через легкие - 250 мл (10%), с потом - 150 мл (6%), через толстую кишку - около 6%.

Н. И. Волков и др. определили, что при физических нагрузках на выносливость, например при марафонском беге, в условиях повышенной температуры спортсмен теряет около 2-3 л воды в час. Если обезвоживание достигает 4-5% массы тела, то работоспособность такого спортсмена падает

Таблица 1.4

Свойства разных типов мышечных волокон (но Я. М. Коду)

на 30% (рис. 1.17). Здесь же отметим, что потеря 0,5 кг массы тела соответствует потере 378 мл воды.

Эндокринная и нервная системы контролируют обмен воды в организме. Основным регулятором является гормон гипофиза - вазопрессин, или антидиуретический гормон, который уменьшает (или увеличивает) выведение жидкости (диурез) за счет сокращения сосудов почек. Секреция этого гормона повышается при снижении объема плазмы крови, что способствует задержанию воды в организме и нормализует объем плазмы в крови. При снижении содержания воды в плазме крови происходит рефлекторное возбуждение участков коры головного мозга, вызывающее чувство жажды. Таким способом ЦНС регулирует водный баланс в организме.

Клетки человеческого организма строятся, казалось бы, из простых химических компонентов - белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот. Однако эти компоненты, соединяясь между собой, могут образовывать и образуют сложные комплексы.

Рис. 1.17.

Белки - высокомолекулярные, азотосодержащие вещества, при гидролизе 1 которых образуются аминокислоты. Белки еще называют протеинами (от греч. proteus - первый, главный). Белок в организме человека составляет в среднем 45% сухой массы тела (12-14 кг). Содержание его в отдельных тканях различное (табл. 1.5).

Органические вещества, из которых состоят организмы, - это белки, жиры, углеводы (крахмал, сахар) и нуклеиновые кислоты. Разнообразие жиров и углеводов в организме сравнительно невелико, молекулы жиров или углеводов разных людей сходны или одинаковы.

Совсем не так обстоит дело с белками. Во-первых, разнообразие их почти бесконечно. Существуют, по крайней мере, десятки тысяч различно построенных молекул. Дело в том, что белковая молекула представляет собой нить, состоящую из соединенных друг с другом сравнительно небольших мо-

Таблица 1.5

1 Гидролиз - реакция распада сложных веществ до более простых при участии воды.

лекул аминокислот. Одна белковая молекула состоит из нескольких сотен аминокислот.

Аминокислоты бывают 20 сортов, причем при замене или перестановке одной аминокислоты получается уже новая молекула белка. Возникает вопрос: сколько будет таких вариантов? Если коротко ответить, то приблизительно около десяти в миллионной степени вариантов.

Значительная часть белка содержится в мышцах, костях, коже, пищеварительном тракте и других плотных тканях.

Белки поступают в организм преимущественно с пищей животного происхождения. Потребность в белке взрослого человека, не занимающегося спортом, составляет в среднем 1,3 г на 1 кг массы тела, или около 80 г. При больших физических нагрузках потребность белка увеличивается примерно на 10 г.

В овощах и фруктах белков содержится всего 0,3-2,0% массы свежей ткани; больше всего белков находится в бобовых - 20-30%, злаках - 10-13% и грибах - 3-6%.

Биологические функции белков:

• 1) структурная (пластическая);
• 2) каталитическая (белки-ферменты участвуют в обмене веществ и энергии в организме);
• 3) сократительная (белки актина и миозина участвуют в сокращении и движении мышц);
• 4) транспортная (гемоглобин эритроцитов крови переносит кислород от легких к тканям и углекислый газ от тканей к легким; миоглобин переносит кислород; белки крови транспортируют жирные кислоты, липиды, железо, некоторые гормоны);
• 5) защитная (белки гамма-глобулины участвуют в иммунитете, защищая организм от вирусов, бактерий и клеток других организмов; белки плазмы крови фибриноген и тромбин участвуют в свертывании крови, предотвращая кровопо- тери при ранениях);
• 6) гормональная или регуляторная (высокоспецифические белки-гормоны регулируют обмен веществ);
• 7) рецепторная (белки являются рецепторами гормонов, нейромедиаторов, других веществ, они осуществляют узнавание, связывание п передачу их регуляторного действия);
• 8) передача наследственной информации ;
• 9) опорная (упругость и прочность костей скелета, кожи, сухожилий осуществляют преимущественно белки коллаген и эластин);
• 10) энергетическая - 10-15% энергопотребления обеспечивается белками. При окислении 1 г белка выделяется 17 кДж (4,1 ккал) энергии.

Особенно разнообразны белки-ферменты, биологические катализаторы, которые способны сильно увеличивать скорость химических реакций. Ферменты принимают участие почти во всех процессах, происходящих в организме. Например, переваривание пищи - дело пищеварительных ферментов, причем обязанности между ними четко распределены: одни расщепляют белки мяса, другие - жиры, а третьи - белки молока. Бывает даже особый наследственный дефект, при котором в организме отсутствует белок-фермент, расщепляющий молоко, и человеку с таким дефектом всю жизнь недоступно молоко, в том числе и молоко матери. Более смуглый цвет кожи или, наоборот, совершенно белая кожа, белые волосы - альбинизм, тоже результат различной активности определенных ферментов или их полного отсутствия. В конце концов, если использовать арсенал современных средств генетики и биохимии для изучения отличия биотипологии и геометрии различных тел, скорее всего, окажется, что причина кроется в разном наборе или в разном строении определенных ферментов. «И тело червя, и лицо человека следует рассматривать как результат химических реакций...», - говорит известный американский ученый Шеррингтон, а каждая реакция организма протекает при участии определенного фермента.

Перечисляя типы органических веществ, необходимо остановиться на нуклеиновых кислотах. Нуклеиновые - значит ядерные, и называются они так потому, что впервые были обнаружены в ядре клетки. Молекулы нуклеиновых кислот еще больше и длиннее белковых молекул и так же, как и белки, имеют нитчатую структуру, состоящую из четырех сортов «кирпичиков», из которых состоит нуклеиновая кислота.

В 1868 г. швейцарский врач Ф. Мишер впервые выделил нуклеиновые кислоты, а в 1930 г. были определены два типа нуклеиновых кислот - ДНК и РНК, различающиеся химическим составом, молекулярной массой, сложностью структуры молекул и функцией в организме. Если в состав нуклеиновой кислоты входит рибоза, то она называется рибонуклеиновой кислотой (РНК), а если дезоксирибоза, то - дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Каждый организм имеет характерную только для него молекулу ДНК с определенным количественным составом и нуклеотидной последователыюстыо, которые в любых физиологических состояниях сохраняются. Нарушение их приводит к мутациям, вызывающим патологические изменения в организме.

Генетическая информация закодирована в каждой клетке в гигантских молекулах ДНК 1 . Если в клетке идет синтез какого-то белка, то на том участке ДНК, где закодирована структура белка, строится его зеркальная копия - молекула информационной РНК . Таким образом, информация в клетке передается всегда в следующем порядке: хранительница генетической информации молекула наследственного вещества ДНК - молекула-посредник РНК-белок. Это положение считалось незыблемым и даже получило название «центральной догмы молекулярной генетики».

Разные участки ДНК кодируют разные белки. В ядре каждой клетки в ДНК записано строение всех белков данного организма. В научно-фантастических произведениях путешественники обычно берут с собой в космические корабли не книги, не магнитофонные ленты, а кристаллы, хранящие в себе целые библиотеки. Природа давно обогнала фантазию: пучок ДНК, занимающий 24 мм , может содержать всю биологическую информацию о строении всех людей земного шара.

Жиры - это соединения глицерина с различными жирными кислотами. Жиры и липоиды не растворяются в воде и входят в состав всех мембран клетки и ее структурных элементов. Лишь только в условиях голодания распад жиров резко повышается. При этом они могут обеспечивать до 75-80% всех энергозатрат организма. Жиры растворяются в органических растворителях, таких как эфиры, хлороформ или бензол.

Молекулы жира, как и молекулы углеводов, состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, но содержание кислорода относительно других атомов значительно меньше, чем в углеводах. Вот почему для окисления жиров требуется значительно большее количество кислорода, чем для окисления углеводов.

Основные биологические функции жиров:

• 1) энергетическая. Распад 1 г жира дает 39 кДж (9,3 ккал) энергии, это значительно больше, чем при окислении углеводов. Например, в форме гликогена организм может запасать энергию для осуществления основного обмена не более чем на сутки, тогда как в форме триглицеридов - на несколько месяцев;
• 2) структурная. Липиды (жиры) в комплексе с белками являются структурным компонентом всех клеточных мембран. Поэтому они участвуют в транспорте веществ через мембраны, рецепции и в других мембранных процессах;
• 3) регуляторная, или гормональная. Регуляторную функцию выполняют гормоны стероидной природы, а также тканевые гормоны простагландины, образующиеся из полине- насыщенных высших жирных кислот;
• 4) терморегуляторная. Жиры, входящие в состав подкожной клетчатки, предохраняют организм от переохлаждения, поскольку являются плохим проводником тепла;
• 5) защитная. Жиры (липиды) в виде жировых прослоек защищают внутренние органы от механических повреждений, а также нервные окончания и кровеносные сосуды от сдавливания и различных ушибов. Кроме того, жир придает эластичность кожным покровам, а насыщенные жирные кислоты - бактерицидные свойства;
• 6) в качестве растворителя. В липидах (жирах) растворяются многие органические соединения, в том числе витамины A, D, Е и К, благодаря чему они легко проникают через стенки сосудов, мембраны клеток, транспортируются в биологических жидкостях.

Обмен жиров в организме. В организм жиры поступают с продуктами питания животного и растительного происхождения. Человеку требуется от 70 до 145 г жира в сутки, в том числе 15 г ненасыщенных жирных кислот и 10 г фосфолипидов . Суточная потребность в жире зависит от пола, климатических условий, двигательной активности или трудовой деятельности. Содержание жиров в организме взрослого человека в среднем составляет у мужчин 7-8 кг, у женщин - 5-6 кг, или 10-15% от общей массы тела. При ожирении содержание липидов может достигать 30% массы тела. Жиры обеспечивают 25-30% потребности человека в энергии. Поступившие в организм пищевые жиры в желудочно-кишечном тракте подвергаются ферментативному расщеплению до структурных мономеров - глицина, жирных кислот и других составных, которые всасываются в стенку кишечника. Частичный синтез триглицеридов происходит уже в слизистой оболочке кишечника. Из нее большая часть жиров поступает в лимфатическую систему кишечника, затем в ее грудной лимфатический проток, а из него - в кровь. Некоторая часть триглицеридов поступает в жировые депо и печень.

Регуляция и нарушение обмена липидов {жиров). Авторы решили на вопросе регуляции обмена жиров и ее нарушении остановиться более подробно, поскольку проблема ожирения имеет большое значение. Так, люди с избыточной массой тела живут в среднем на 7 лет меньше, чем люди с нормальным для своего возраста весом тела. Более того, они примерно в 3-4 раза чаще умирают от болезней сердечно-сосудистой системы, сахарного диабета и др.

Иначе говоря, вопрос ожирения - это вопрос здоровья и долголетия. Причинами ожирения являются следующие нарушения:

• энергетический дисбаланс, когда количество энергии, поступающей в организм в виде пищи, значительно больше количества расходуемой энергии;
• нарушение липидного обмена, когда процессы синтеза жиров превышают их распад;
• гормональные нарушения.

Нарушение обмена холестерина вызывает одно из распространенных заболеваний - атеросклероз, что связано с устойчивым повышением холестерина в крови. При атеросклерозе в стенках сосудов откладываются липиды - в основном эфиры холестерина. Отложение холестерина и других липидов, а также их солей в стенке сосудов приводит к ее перерождению, к снижению эластичности и прочности стенок кровеносных сосудов. Могут образовываться также холестериновые бляшки, способные перекрывать просвет капилляров (рис. 1.18).

Все это нарушает процессы кровообращения (Н. И. Волков и др.). С возрастом содержание холестерина и его эфиров в крови повышается, что приводит к атеросклеротическим изменениям кровеносных сосудов у людей пожилого возраста. Атеросклероз, в свою очередь, может вызывать такие заболевания, как инсульт, инфаркт, атрофия конечностей. Занятия

Рис. 1.18.

физическими упражнениями активизируют липидный обмен, способствуют выведению холестерина из организма, задерживают развитие возрастной гиперхолестеринемии и атеросклероза. Жировая дистрофия печени характеризуется накоплением в ней триглицеридов (жиров) и приводит к дегенеративным изменениям клеток печени. В гаком случае содержание жира в печени может достигать 40-50% при норме 5%. Возникает ожирение печени (жировая инфильтрация), нарушающее ее функции.

Примечателен тот факт, что для лучшего усвоения жира в рационе питания количество углеводов должно быть в 2-3 раза больше, чем жиров. При недостаточном количестве углеводов происходит неполное сгорание жиров, накапливаются продукты распада, и возникает ацидоз - избыточное содержание кислот в крови и других тканях организма.

Растущий организм особенно нуждается в жирах животного происхождения. Растительные жиры в зависимости от возраста ребенка должны составлять от 5 до 10% по отношению к общему количеству жира (М. А. Жуковский).

Нуклеиновые кислоты и белки могут служить для клетки своеобразным аккумулятором памяти, в которых хранится генетическая информация. Сущность этой генетической информации заключена в ДНК. РНК действуют не только как носители, но и как переводчики при передаче генетического сообщения.

Углеводы - эго основное топливо для клеток, окисляясь, углеводы высвобождают энергию, которая расходуется клеткой на все процессы жизнедеятельности. В питании основным углеводом, имеющим питательную ценность, является

крахмал. Большим содержанием крахмала отличаются зерна пшеницы, ячменя, риса, кукурузы и клубни картофеля.

Важнейшим углеводом с физиологической точки зрения является глюкоза. Организм обладает свойством запасать углеводы для дополнительной работы. Гликоген откладывается в печени и мышечной ткани.

Энергетическая функция не является для углеводов единственной. Из углеводов в организме образуется жир. Углеводы участвуют в регуляции водного обмена, связывают воду. Кроме того, они являются носителями витаминов. Единственное производное углеводов, которое обязательно должно присутствовать в ежедневном рационе, - аскорбиновая кислота (витамин С).

Рассмотрим, каким образом железы внутренней секреции участвуют в обмене веществ.

Щитовидная железа вырабатывает гормон - тироксин , который содержит до 65% йода. Гормоны щитовидной железы у здорового человека способствуют поглощению клетками кислорода из крови, т.е. как бы помогают клеткам «дышать». Тиреоидные гормоны стимулируют синтез белка и холестерина, ускоряется метаболизм углеводов и жиров. Гормоны щитовидной железы особенно необходимы организму в период развития. Гормон определяет правильное формирование органов плода, особенно ЦНС и костной ткани, а также умственное и физическое развитие ребенка во все периоды детства.

Гормоны поджелудочной железы активно участвуют в обмене веществ. Поджелудочная железа вырабатывает два главных гормональных продукта - инсулин и глюкагон.

Инсулин - единственный гормон, понижающий уровень сахара в крови. Все остальные гормоны прямо или косвенно оказывают противоположное, гипергликемическое действие. Именно поэтому при выраженном недостатке инсулина в организме возникает сахарный диабет - болезнь, сопровождающаяся большим выделением мочи; различают сахарный диабет - сахарное мочеизнурение - поражение поджелудочной железы, вследствие чего нарушается углеводный обмен, сахар не усваивается и выделяется с мочой. Бывает еще несахарный диабет - поражение придатка мозга. В данном случае инсулин - единственный защитный барьер, и если он разрушается, то сам организм заменить его ничем не может.

Гормон глюкагон способствует расщеплению гликогена печени до глюкозы, повышает уровень сахара в крови, стимулирует расщепление жира в жировой ткани. По результатам своего действия глюкагон является антагонистом инсулина. Инсулин, а также глюкагон с адреналином представляют гормональную систему углеводного обмена.

В норме инсулин обеспечивает поступление в клетки организма глюкозы. А при сахарном диабете этот процесс нарушен. Сахар не утилизируется, иными словами, не сгорает, а накапливается в крови, но организм, в котором имеется множество различных приспособительных механизмов, пытается избавиться от избытка глюкозы, выделяя ее через почки с большим количеством мочи. В результате у больного учащается мочеиспускание, значительно увеличивается суточное количество мочи.

Отсюда вытекает вывод: если вы чувствуете слабость, стали быстро утомляться, но самое главное - заметили, что количество мочи увеличилось, появилась сухость во рту, жажда, кожа стала сухой, беспокоит зуд, то нужно обратиться к врачу.

Определенное соотношение химических компонентов в крови, с одной стороны, а в тканях - с другой, обеспечивает нормальный обмен веществ, в том, что количество необходимых пластических веществ и энергетических ресурсов, получаемых с пищей, человеческий организм фиксирует (контролирует) преимущественно по нижней границе. Если, допустим, содержание сахара в крови падает ниже границы нормы, это фиксируется как эндокринной системой (выброс гликогена поднимает концентрацию сахара), так и ЦНС, и в этом случае у человека возникает чувство голода.

Однако организм человека, как правило, не фиксирует превышение концентрации многих химических компонентов в крови. Иными словами, самостоятельно отрегулировать обмен веществ и энергии по принципу - сколько потратил, столько и съел, человек не может. А поскольку каждый индивид в состоянии, как правило, съесть гораздо больше, чем необходимо по количеству затраченной энергии, то получается, что переедание организм не фиксирует и не приостанавливает. Следовательно, воздержанность в еде - это почти всегда проблема волевых усилий, сознательного, а не бессознательного самоконтроля.

В материалах представлены общие формы нарушения метаболизма, и мы остановились лишь на отдельных примерах взаимосвязи особенностей нарушений обмена и методов его коррекции или профилактики.

Нарушение обмена веществ (метаболизма) лежит в основе практически всех органических и функциональных изменений органов и тканей, приводящих к возникновению болезни. Ни одно заболевание не проходит без нарушения в химической гармонии обмена веществ, который в здоровом организме отличается необычайной согласованностью и взаимосвязанностью.

В процессе обмена веществ в клетках организма синтезируется большая часть аминокислот, которые называются заменимыми. Непоступление их с пищей не вызывает значительных изменений в обмене веществ (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Аминокислоты (но Н. И. Волкову)

Другие аминокислоты не синтезируются в организме, поэтому называются незаменимыми. Незаменимые аминокислоты обязательно должны поступать с пищей. Для взрослых людей незаменимыми являются девять аминокислот, а для детей необходима десятая - аргинин (суточная норма варьируется в пределах 0,5-6 г).

Обмен веществ непрерывно протекает во всех клетках, тканях и системах организма и способствует поддержанию жизнедеятельности и сохранению постоянства внут­ренней среды. В результате обменных процессов обра­зуются вещества, необходимые для построения клеток и тканей.

Посредством обмена веществ обеспечивается поступление в организм энергии, необходимой для его жизне­деятельности, восстанавливается потеря воды (водный обмен), удовлетворяется потребность в минеральных веществах (минеральный обмен), витаминах (витамин­ный обмен) возмещается потеря органических веществ, используемых для синтетических процессов (пластиче­ский обмен).

Обмен веществ характеризуется двумя противополож­ными процессами - ассимиляцией и диссимиляцией, которые определяют непрерывную связь организма с окружающей средой.

Ассимиляция - это процесс синтеза необходимых организму веществ и использования их для роста и развития. Источником таких веществ является повсед­невная пища.

Диссимиляция - процесс распада веществ, их окис­ление кислородом и выведение из организма.

Процессы синтеза и распада протекают непрерывно и одновременно и находятся в единстве между собой. Однако в отдельные периоды жизни это равновесие нарушается. Например, в детстве, когда организм интен­сивно растет и развивается, превалируют процессы ассимиляции. Напротив, когда организм стареет или ослаблен болезнью либо голодом, преобладают процессы диссимиляции.

Обмен веществ слагается из белкового, углеводного, жирового, витаминного, минерального и водного обменов, которые тесно связаны сложными биохимическими реакциями.

В регуляции обмена ведущая роль принадлежит центральной нервной системе, которая координирует эти процессы с помощью гормонов. Так, белковому обмену способствует гормон щитовидной железы - тироксин; на жировой обмен влияют гормоны поджелудочной и щитовидной желез, надпочечников и гипофиза; на углеводный обмен - гормон поджелудочой железы - инсулин и гормон надпочечников - адреналин.

В результате обмена веществ образуется также энер­гия, необходимая организму для биохимических реакций и покрытия тепловых и механических затрат. Выделение энергии происходит в результате окисления и расщепле­ния сложных органических веществ, которые поступают с пищей.

В качестве единицы измерения расхода энергии используются калория или джоуль.

Еще по теме ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА:

1. Несколько существенных замечаний об обмене веществ и энергии
2. Физиологические потребности организма в энергии и пищевых веществах
3. Глава 12 ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЛИЯЮЩИЕ НА ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ
4. Пути выведения лекарств из организма. Механизмы почечной экскреции и факторы, влияющие на выделение веществ с мочой. Циркуляция лекарственных веществ в организме