Общие представления об обмене веществ и энергии

Физиологические особенности организма человека надо рассматривать с учетом его взаимодействия с окружающей средой. В этом случае возможно более полное представление об источниках опасностей для здоровья и жизни человека. Такое взаимодействие осуществляется путем обмена веществ и энергии.

Жизненные процессы организма, связанные с постоянным поглощением питательных веществ из окружающей среды и выделением конечных продуктов распада в эту среду составляют обмен веществ. Именно обмен веществ создает то единение, которое существует между живыми организмами и окружающей средой.

Обмен веществ присущ как живой, так и неживой природе. Но между ними существует принципиальная разница. Вследствие обмена веществ в неживых телах последние безвозвратно разрушаются, тогда, как обмен веществ живых организмов с окружающей средой является основным условием их существования.

Обмен веществ и энергии в клетке состоит из двух процессов: пластического обмена — (ассимиляция, анаболизм) совокупность реакций биосинтеза (образование веществ) происходит с поглощением энергии и энергетического обмена — (диссимиляция, катаболизм) совокупность реакций расщепления веществ с выделением энергии.

Вследствие процессов диссимиляции питательных веществ образуются продукты распада и энергия, которая необходимая для процессов ассимиляции. Взаимосвязь этих процессов обеспечивает существование живого организма.

Обмен веществ условно можно разделить на внешний обмен, который включает поступление питательных веществ в организм и удаление конечных продуктов распада, и внутренний, который охватывает все преобразования питательных веществ в клетках организма.

Питательные вещества, которые попали в организм, тратятся на энергетические и строительные процессы, которые протекают одновременно. При распаде питательных веществ выделяется энергия, которая тратится на синтез специфических для данного организма соединений, на поддержку постоянной температуры тела, проведение нервных импульсов и др.

Основным исследовательским приемом обмена веществ есть метод определения баланса веществ, которые попали в организм и удалились во внешнюю среду, а также их энергетической ценности.

Баланс энергии определяется на основе данных о калорийности питательных веществ, которые употребляются, а также конечных продуктов, которые выводятся из организма.

Потребность человека в энергии определяется исследовательским путем и выражается в калориях. Количество калорий, которые поступают в организм с какими-либо продуктами, называется калорийностью пищи. Потребляемая пища должна отвечать энергозатратам организма, т. е. энергетические потребности человека должны полностью покрываться за счет энергетической ценности пищевых продуктов, которые входят в рацион питания человека.

Для нормального функционирования организма ежедневный рацион человека должен включать шесть основных составляющих: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и вода. Питательные вещества, которые люди получают вместе с пищей, можно условно разделить на две группы: те, которые необходимы им в больших количествах, или макрокомпоненты (вода, белки, жиры, углеводы), и те, которые необходимы в меньших количествах, или микрокомпоненты (витамины и минеральные компоненты).

Белки — это пластический материал для формирования клеток и межклеточного вещества. Все составные части человеческого организма состоят из белков (мышцы, сердце, мозг и даже кости содержат значительное количество белков). Роль белков определяется не только разнообразием их функций, но и незаменимостью их другими веществами. Белки — это органические вещества, состоящие из аминокислот, которые, объединяясь между собой в разных сочетаниях, придают белкам разнообразные свойства. Животный белок — это мясо, яйца, молоко и молочные продукты. Основным источником растительного белка является хлеб и крупы.

Жиры. Роль жиров в питании определяется их высокой калорийностью и участием в процессах обмена. Жиры обеспечивают в среднем 33% суточной энергоценности рациона. С жирами в организм поступают необходимые для жизнедеятельности вещества: витамины А, Д, Е, К и биологически важные фосфолипиды (лецитин, холин). Жиры обеспечивают всасывание в кишечник ряда минеральных веществ и жирорастворимых витаминов. В виде соединений с белками жиры входят в состав клеточных оболочек и ядер, принимают участие в регулировании обмена веществ в клетках. Жиры могут быть растительного и животного происхождения.

Углеводы. Углеводы являются основной частью пищевого рациона. Физиологическое значение углеводов преимущественно определяется их энергетическими свойствами. Они являются главным источником энергии организма (составляют 55% энергоценности суточного рациона). Поэтому в организме их содержится только около 2%, хотя в пище их доля составляет 70% (400−500 г в сутки). Углеводы подразделяются на такие группы: моносахариды — глюкоза, фруктоза, галактоза; олигосахариды — сахароза; полисахариды — крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества. Основным источником углеводов в питании человека есть растительная пища, только лактоза и гликоген содержатся в продуктах животного происхождения.

Витамины. Они регулируют процессы обмена веществ, необходимые для формирования ферментов, гормонов и др. Витамины принимают участие в окислительных процессах, вследствие чего из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, которые используются организмом как энергетический и пластический материал. Витамины почти не синтезируются в организме и должны поступать с пищей.

Отсутствие витаминов в рационе питания на протяжении продолжительного времени может послужить причиной возникновения разных заболеваний. В нашем климатическом поясе в конце зимы и в начале весны чаще всего обнаруживается дефицит витаминов А, С, В1, В2 и РР.

Минеральные вещества. Минеральные вещества не имеют энергетической ценности, но необходимы для жизнедеятельности организма. Попадают они в организм с продуктами питания в виде минеральных солей. Минеральные вещества, которые содержатся в пищевых продуктах и тканях организма в значительном количестве, относят к макроэлементам. Макроэлементы бывают щелочного и кислотного (кислого) характера. К щелочным относят кальций, магний, калий, натрий, к кислым — фосфор, серу, хлор.

Продуктами питания, которые содержат макроэлементы кислотного характера, являются мясо, яйца, сыр, хлеб, бобы, и т. п.

В молоке, кефире, овощах, многих ягодах, фруктах содержатся макроэлементы основного характера.

Микроэлементы — это группа химических элементов, присутствующих в организме человека и животных в мизерных концентрациях. Суточная потребность в них выражается в миллиграммах или долях миллиграмма. Микроэлементы имеют высокую биологическую активность и необходимы для жизнедеятельности организма. К микроэлементам относятся: железо, медь, кобальт, никель, марганец, стронций, цинк, хром, йод, фтор. Недостаток этих веществ в питании может привести к структурным и функциональным изменениям в организме, а их излишек имеет токсическое действие. Наиболее дефицитные минеральные компоненты в пище человека — кальций и железо.

Неправильное питание существенно снижает защитные силы организма и трудоспособность, нарушает процессы обмена веществ, приводит к преждевременному старению и может побуждать возникновение многих заболеваний, в том числе и инфекционного характера.

Рациональным считается питание, которое обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, высокий уровень трудоспособности и сопротивления влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды, максимальную продолжительность активной жизни.