Биологические основы питания человека

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Понятие о предмете. Питание. Трофические цепи. Эффективность переноса энергии в трофических цепях. Пирамиды питания. Основной обмен (базальный метаболизм). Проблема климато-экологической изменчивости средних значений основного обмена.

Питание — совокупность процессов, включающих поступление в организм, переваривание, всасывание и усвоение им питательных веществ, т. е. составная часть обмена веществ. С этих позиций экологию питания можно охарактеризовать как анализ экосистем с точки зрения происходящего в них обмена веществом и энергией (Харрисон и др., 1979).

В экосистемах перенос вещества и энергии от первоначального источника (продуцентов-растений) происходит через ряд организмов, каждый из которых поедает предыдущего (является потребитслем-консументом) и служит пищей для последующего (вторичного, третичного и т. д. консумента). Завершают ряд редуценты (деструкторы), питающиеся мертвым органическим материалом и разлагающие его на простые органические и неорганические соединения. Таким образом формируются трофические цепи.

В реальности такие простые цепи встречаются сравнительно редко. Большинство экосистем одновременно включает множество пищевых цепей, пересекающихся друг с другом и образующих сложные трофические сети. Однако и в пищевых цепях, и в сетях всегда можно выявить связанные друг с другом трофические уровни и вычислить количественные соотношения биомассы, вещества и энергии, приходящихся на каждое из звеньев. Эти количественные характеристики часто представляют в виде пирамид численности, биомассы или энергии.

Переход к следующему звену трофической цепи (или, что-то же самое, уровню трофической пирамиды) сопровождается потерей энергии. Полезная продукция каждого трофического уровня сосгавляег в среднем около.

10% пришедшего количества вещества и энергии, т. е. происходит резкое сужение этажей пирамиды.

Конечные размеры популяции ограничены ресурсами энергии. Однако человек способен применять различные сгратегии утилизации наличной энергии, используя как свои биологические особенности, так и культурные (технологические) достижения.

Биологические особенности человека (всеядность, малая экологическая и пищевая специализация) позволяют:

• — сократи" длину трофической цепи и за счет этого достичь увеличения объема пищевых продуктов;
• — использовать одновременно несколько трофических цепей на одном уровне;
• — утилизировать несколько трофических цепей на разных уровнях.

Помимо этого, используя свои технологические достижения, человек способен:

• — влиять на количество световой энергии, используемой для фотосинтеза растеннями-продуцентами (например, применяя искусственное освещение);
• — путем направленной селекции домашних растений и животных создавать более продуктивные породы, т. е. повышать эффективность переноса энергии между звеньями пищевой цепи;
• — использовать иные, помимо пищи, источники энергии (сжигание различных видов топлива, аккумуляция энергии солнца, ветра, воды и т. д.).

Иг ак, организм человека получает из окружающей среды вещество и энергию. Обмен веществом и энергией между организмом и средой, а также совокупность протекающих в живом организме высокоинтегрированных химических превращений, обеспечивающих его рост, жизнедеятельность и процессы воспроизведения, называются обменом веществ (метаболизмом).

важнейший компонент энергетических траг человека — базальный метаболизм, или основной обмен. Этим термином обозначается уровень энергетических грат организма, находящегося при нейтральной температуре окружающей среды, в состоянии покоя (но не сна), после завершения переваривания съеденной пищи.

Основной обмен складывается из процессов ассимиляции (анаболизма — биосинтеза сложных молекул из простых молекул-предшественников) и диссимиляции (катаболизма — расщепления органических молекул с одновременным выделением энергии). Поэтому поступление пищи само по себе усиливает энергетический обмен (это явление обозначается как специфическое динамическое действие пищи). Белковая пища повышает интенсивность обмена на 25−30%, углеводы и жиры — примерно на 10%. Б целом уровень основного обмена зависит от возраста, пола, размеров тела, функционального состояния организма (например, беременность и грудное кормление повышают уровень базального метаболизма).

Многие исследователи полагают, что средние значения основного обмена различаются у обитателей разных климато-экологических ниш (это предположение пока нс доказано). Даже если эго и так, диапазон различий величин базального метаболизма между представителями наиболее «контрастных» групп (коренных жителей Арктики с «высоким» и обитателей тропического леса с «низким» основным обменом), по разным оценкам. вряд ли превышает 15−20% (т.с. его можно отнести на счет различий в составе диет).

С определенными допущениями можно принять, что для удовлетворения связанных с основным обменом энерготрат человек современного физического типа должен получать в сутки с пищей до 1800 ккал (7,5 МДж) энергии.

Энерготраты возрастают в момент выполнения физической работы: например, при работе с компьютером или вождении автомобиля — в 1,2- 1,4 раза по сравнению с уровнем базального метаболизма, при армейской строевой подготовке — в 3,2, при перевозке рикшей пассажира — в 8,5 раза (Потребности…" 1987). Большое значение имеет тип физической активности: например, при постоянной работе вне помещений в высоких широтах основной обмен на дли тельное время увеличивается на 10−16%. При этом выполнение работы в тяжелой зимней одежде дополнительно повышает расход энергии на 7−25% {Волович, 1983).

В результате, с учетом необходимых энерготраг (базальный метаболизм + физическая работа) суточная потребность «условного* человека в энергии возрастает до 3000 ккал (12,5 МДж).

Нет оснований полагать, что потребности в поступлении энергии с нищей принципиально различаются у жителя Нью-Йорка, Перми или Куала-Лумпура, скотовода засушливой саванны Восточной Африки, морского зверобоя Чукотки, индейца-ксчуа Неруанских Анд. или что они были совершенно иными у древнего охотника на мамонтов из Поднепровья. Но вместе с: гем ясно, что для каждого из них были и остаются предпочтительными разные стратегии как сохранения энергии, так и ее пополнения (питания).

Эти стратегии основываются на долговременных адаптациях к среде обитания — как биологическим путем (формирование адаптивных чипов), так и в результате культурно-хозяйственных изменений в обществах (образование различных систем жизнеобеспечения).

В результате длительной биологической приспособительной реакции популяций человека формируется адаптивный тип — совокупность людей, обладающих специфическими морфологическими и физиологическими особенностями организма, которая представляет собой внешнее выражение биологической нормы реакции, конвергентно возникающей в сходных условиях обитания. Выделяются адаптивные типы умеренного климата, континентальный, арктический, высокогорный, аридный (пустынный), тропический.

(Алексеева, 1998). Особенности питания представителей различных адаптивных типов рассматриваются в части II.

Формирование адаптивного типа включает и образование специфических анатомо-физиологических механизмов, обеспечивающих наилучшее использование предоставляемых эколого-климагической нишей ресурсов питания. Поэтому мы начнем рассмотрение проблем экологии питания человека с анализа общих принципов функционирования пищеварительной системы, уделяя особое внимание возможностям ее адаптации к различным экологическим условиям (глава 1).

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРА ТУРА.

Алексеева Т.И. Адаптация человека в различных экологических нишах Земли (биологические аспекты). М.: Изд-во МНЭПУ, 1998.

Прохоров И.И. Экология человека: Понятийно-терминологический словарь. М.: Изд-во МНЭПУ, 1999.

Потребности в энергии и бслке/ВОЗ. Сер. техн. докладов. № 724. Женева: ВОЗ, 1987.

Ревеляь II., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. Кн. 1. Народонаселение и пищевые ресурсы. М.: Мир, 1994.

Харрисон Дм. идр. Биология человека. М.: Мир, 1979.