Обмен веществ и энергии в организме

Обмен веществ (метаболизм) непрерывно протекает во всех клетках организма человека и обеспечивает поддержание его жизнедеятельности. В результате метаболизма образуются вещества, необходимые организму для обновления и построения клеток и тканей.

Благодаря обмену веществ организм человека обеспечивается энергией, восполняется потеря воды, удовлетворяется его потребность в витаминах, минеральных веществах, возмещается потеря органических веществ, участвующих в синтетических процессах.

Процесс превращения энергии, заключенной в пище, в собственную энергию клеток многоступенчат и довольно сложен. Он состоит из нескольких этапов (рис. 2.4):

• 1) под действием пищеварительных ферментов белки, жиры и углеводы превращаются в желудочно-кишечном тракте в более простые вещества — мономеры;
• 2) мономеры всасываются в кровь и в лимфу. Из них в клетках строятся индивидуальные, неповторимые по структуре белки, жиры и углеводы, необходимые для нашего организма;

Рис. 2.4. Этапы обмена веществ

3) в процессе жизнедеятельности клетки разрушаются, выделяя энергию и конечные продукты распада — углекислый газ, воду, азотистые соединения.

Таким образом, организм «добывает» себе энергию, сжигая составляющие его клетки углеводы, жиры и белки. До 67% образующейся энергии используется для выполнения различной работы: механической — при мышечной деятельности, электрической — при передаче нервных импульсов, химической — при образовании молекул в процессе роста и многих других, остальные 33% энергии расходуется для поддержания температуры нашего тела.

Обмен веществ состоит из двух противоположных протекающих одновременно процессов — ассимиляции и диссимиляции.

Ассимиляция (анаболизм) — это процесс синтеза необходимых организму веществ и использование их для роста и развития.

Диссимиляция (катаболизм) — процесс распада веществ, их окисления кислородом и выведение из организма. Источником этих веществ является пища.

Обмен основных пищевых веществ, поступающих с пищей, представлен в виде схемы на рис. 2.5.

Процессы ассимиляции и диссимиляции четко согласованы между собой и образуют целостную систему, обеспечивающую обмен веществ и, следовательно, сущность жизни.

У взрослого человека в нормальных условиях процессы синтеза и распада уравновешены. Однако в различные возрастные периоды программа обмена веществ подвергается изменениям, и ее можно представить следующим образом:

• 1) белковая программа. Действует, когда процессы роста и развития еще не завершены и процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции (в возрасте до 20 лет);
• 2) программа равновесия. Процессы ассимиляции и диссимиляции находятся в некотором равновесии (в возрасте от 20 до 40 лет);
• 3) жировая программа. Действует, когда в организме начинает преобладать накопление нейтральных жиров (в возрасте от 40 до 60 лет);
• 4) программа старения. Интенсивность диссимиляции выше процессов ассимиляции (после 60 лет).

Рис. 2.5. Обмен основных пищевых веществ, поступающих с пищей

При диссимиляции в процессе распада веществ выделяется энергия, которая необходима для нормальной работы всех органов и систем человека.

Единицей измерения энергии являются килокалория (ккал) и килоджоуль (кДж). Килокалория — это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1 °C. В соответствии с международной системой единиц (СИ) измерение энергии предусматривается в килоджоулях (1 ккал =4,184 кДж).

В организме из продуктов питания, состоящих из белков, жиров, углеводов, органических кислот, освобождается и используется химическая энергия.

Энергетическая ценность пищи определяется количеством энергии, получаемой организмом от биологического окисления входящих в ее состав пищевых компонентов.

Энергетический коэффициент — это количество энергии, высвобождаемое при полном окислении 1 г пищевого вещества в организме.

Энергетические коэффициенты в ккал/г: белки — 4,0; жиры — 9,0; углеводы — 4,0; яблочная кислота — 2,4; лимонная кислота — 2,5; уксусная кислота — 3,5; молочная кислота — 3,6; этиловый спирт — 7.

Обе стороны обмена веществ должны быть уравновешены. Поддержание равновесия обменных процессов очень важно для нормальной жизнедеятельности организма.

Энергетический баланс — соотношение между расходом энергии организмом человека и поступлением ее за счет пищи.

Существует три вида энергетического баланса:

• • энергетическое равновесие — расход энергии равен ее поступлению с пищей; такой вид баланса является нормальным для здорового взрослого человека;
• • отрицательный энергетический баланс — расход энергии превышает ее поступление с пищей. Наблюдается при голодании. При этом возникает белковая недостаточность, так как на энергетические цели расходуется белок собственных тканей организма. Недостаточное питание ведет к нарушению обмена веществ, уменьшению массы тела, снижению работоспособности и т. д.;
• • положительный энергетический баланс — энергетическая ценность пищевого рациона превышает расход энергии. Этот вид баланса является физиологичным для детей, беременных, кормящих женщин и т. д. В остальных случаях энергетически избыточное питание является главным фактором возникновения избыточной массы тела и алиментарного ожирения. Следствием ожирения является нарушение функций некоторых органов и систем организма, возникновения рядя заболеваний.

Энергетические затраты организма человека включают несколько видов суточного расхода энергии:

• • основной обмен;
• • специфически динамическое действие пищи;
• • расход энергии на физическую (мышечную) деятельность.

Энергетические затраты человека подразделяются на нерегулируемые и регулируемые. К нерегулируемым энергозатратам относятся основной обмен и специфически динамическое действие пищи.

Основной обмен — это минимальное количество энергии, необходимое человеку для работы внутренних органов (сердца, почек, органов дыхания и т. д.), поддержания постоянства температуры тела, обеспечения необходимого мышечного тонуса.

Величина энергии основного обмена определяется в состоянии полного покоя, при температуре воздуха 20 °C. Энергия основного обмена для каждого человека индивидуальна и в то же время является достаточно постоянной величиной. В среднем она составляет 1 ккал в 1 час на 1 кг массы тела.

Величина основного обмена у женщин в среднем на 10—15% ниже, чем у мужчин (табл. 2.2). У детей основной обмен в 1,5—2,5 раза выше, чем у взрослых, и чем меньше возраст, тем больше величина основного обмена.

Энергозатраты основного обмена зависят от возраста, пола, массы тела, состояния центральной нервной системы, эндокринной системы, климатических особенностей местности, коммунально-бытовых условий и т. д. Стрессовые состояния и нарушение функции щитовидной железы иногда повышают основной обмен до значительных величин.

Таблица 2.2

Средние величины основного обмена взрослого населения России, ккал/сутки.