Возрастные особенности обменных процессов. Обмен веществ и энергии. возрастные особенности обмена веществ. Основные формы обмена веществ в организме
В детстве мы могли есть выпечку килограммами и объедаться шоколадом на ночь без всяких последствий для фигуры. Сейчас же боимся быстрых углеводов как огня, стараемся сбалансированно питаться, но все равно периодически страдаем от лишнего веса. Почему?! Давай обсудим каждую из возможных причин - ведь так будет легче противостоять коварной природе.
Обмен веществ в 20+
Пик метаболической активности
«У большинства женщин пик скорости обмена веществ приходится на 17-25 лет», - говорит к.м.н. Кристофер Охнер, специалист по похудению при больнице Маунт Синай в Нью-Йорке. Некоторые женщины переживают его раньше, другие позже. В основном, это зависит от генетики, но образ жизни тоже может повлиять. К примеру, чем раньше ты решила пойти на фитнес - тем большую мышечную массу нарастила, что помогает сжигать калории даже в состоянии покоя. Кроме того, примерно до 25 лет твое тело продолжает наращивать массу костной ткани, а на этот процесс тоже тратится много энергии.
Начало замедления обмена веществ
Согласно данным американского Комитета по физической культуре, скорость обмена веществ снижается приблизительно на 1,5% каждые 10 лет. «К 30 годам большинство женщин замечает, что они уже не могут употреблять калорийную пищу без негативных последствий для фигуры, да и лишние килограммы начинают уходить гораздо медленнее, - говорит Охнер. - Поскольку данное снижение метаболической активности приходится как раз на период, когда большинство из нас находит (в основном сидячую) постоянную работу и перестает поддерживать прежний уровень физической активности, - можно сказать, что карьера тоже играет неприятную роль в замедлении обмена веществ».
Обмен веществ в 30+
Порочный круг набора веса
На сидячей работе ты теряешь мышечную массу, это значит, что способность сжигать калории в состоянии покоя тоже ухудшается. «А при уменьшении мышечной массы и наборе жировой - висцеральный жир может прорастать внутрь мышц и еще сильнее снижать активность плюс провоцировать расстройства пищеварения, - говорит д.м.н. Каролин Седерквист, создатель диеты Bistro MD и автор книги The MD Factor. - Ну и дополняет эту безрадостную картину тот факт, что после тридцати организм перестает вырабатывать прежние объемы гормона роста, что тоже приводит к замедлению метаболизма».
Помочь нарастить мышечную массу и заставить организм вырабатывать больше гормона роста могут силовые тренировки . Тогда станет возможным ускорить метаболизм до прежнего (или даже более высокого) уровня.
Влияние беременности
Если ты решишься зачать, имей в виду, беременность может подстегнуть твой метаболизм. Но это не значит, что ты снова сможешь лопать все подряд или даже удваивать порции. «Во время беременности ты действительно ешь и за себя, и за ребенка, но речь тут скорее про качество пищи, а не ее количество. Беременность не оправдание большим порциям или повышенной калорийности рациона, особенно на ранних сроках, когда ребенок внутри тебя -совсем кроха», - говорит лицензированный диетолог Уэсли Делбридж, контактное лицо Академии нутрицевтики и диетологии.
«Во время беременности организм тратит приблизительно на 200 ккал в день больше обычного. Женщины, чей вес до беременности был в норме, не должны поправляться за эти девять месяцев больше чем на 10-15 кг». К сожалению, исследование, опубликованное в 2015 году в журнале «Акушерство и гинекология» сообщает, что около 50% всех беременных женщин набирают больше положенного веса , а это ведет к разрушению мышц, разрастанию висцерального жира и даже развитию инсулиновой резистентности (преддиабетного состояния).
Плюс кормления грудью
На период грудного вскармливания серьезно повышается трата калорий. «Женщины, кормящие ребенка грудью без добавления смесей, теряют в день до 500-1000 дополнительных ккал», - рассказывает Делбридж. К сожалению, как только любая из нас начинает вводить прикорм, скорость обмена веществ становится ровно такой же, какой была до беременности, - и то при условии, что ты не потеряла за эти месяцы много мышечной массы.
Обмен веществ в 40+
Гормоны бунтуют
Когда женщине около сорока, организм готовится к завершению детородного периода. «Уровни прогестерона, эстрогена и гормона роста падают (опять!)», - говорит доктор Седерквист. Следом замедляется и метаболизм. «Это означает, что необходимо сократить количество потребляемых калорий , чтобы поддерживать прежний вес», - советует Делбридж. Если ты регулярно тренируешься, достаточно будет сократить свой рациона на 150 ккал. В основном ведешь сидячий образ жизни? Придется жертвовать большим.
Необходимо наращивание мышечной массы
Разумеется, это требуется в любом возрасте, но после сорока мышечная масса начинает стремительно таять: у этого процесса даже есть медицинское название - саркопения. В этом возрасте для поддержания мышечной массы и помощи организму в борьбе со старением просто необходимо включить в свою программу тренировок силовые нагрузки. Согласно исследованию, проведенному Гарвардской школой общественного здоровья, люди, предпочитающие занятиям на кардиотренажерах работу с весами, меньше страдают от лишних кило в области талии. «Разумеется, любые типы упражнений помогают сжигать калории, - говорит Охнер. - Но силовые тренировки позволяют разогнать метаболизм и поддерживать его на более высоком уровне даже после завершения занятий».
Сохранять силу и развивать выносливость позволит также рацион с достаточным количеством белка (100-120 г в сутки). «Женщина, которая вела сидячий образ жизни в 20 и 30 лет, имеет все шансы обогнать своих подруг по скорости обмена веществ в 40 , если будет регулярно заниматься и внесет соответствующие изменения в свое питание», - обнадеживает Седерквист.
Введение
1. Масса и сила мышц в различном возрасте
2. Возрастные особенности обмена веществ
3. Возрастная динамика основного обмена
4. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с детьми и подростками.
5. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой с лицами пожилого возраста.
Использованная литература
Введение
Методика занятий физическими упражнениями с лицами разного возраста характеризуется, рядом отличительных черт. В основе этих различий лежат особенности растущего, зрелого и стареющего организма. Особенно осторожным надо быть при занятиях физической культурой с детьми и лицами преклонного возраста. Это связано с наибольшей уязвимостью растущего и стареющего организма к различного рода воздействиям, в том числе и физическим упражнениям.
Различают следующие возрастные периоды:
1. Детский возраст - от рождения до начала периода полового созревания (12-13 лет).
2. Подростковый возраст (период полового созревания) - от 12-13 до 16 лет у девочек и от 13-14 до 17-18 лет у мальчиков.
3. Юношеский возраст - от 16 до 25 лет у женщин и от 17 до 26 лет у мужчин.
4. Взрослый возраст - от 25 до 40 лет у женщин и от 26 до 45 лет у мужчин. Период относительной стабилизации морфологических и обменных процессов.
5. Зрелый возраст - от 40 до 55 лет у женщин и от 45 до 60 лет у мужчин. 6. Пожилой возраст - от 55 до 75 лет у женщин и от 60 до 75 лет у мужчин.
7. Старческий возраст - свыше 75 лет у женщин и у мужчин. Начинает развиваться общая инволюция организма.
Период роста характеризуется неинтенсивным, синтезом белка и нуклеиновых кислот. Происходит увеличение процентного отношения мышечной ткани к весу тела. Интенсивный синтез белков и нуклеиновых кислот требует значительных энергетических затрат. Для ребенка характерна также повышенная двигательная активность и значительные теплопотери (отношение поверхности тела к весу у детей выше, чем у взрослых). Это также, требует значительных затрат энергии. Для растущего организма характерны пониженные анаэробные возможности. Это связано с относительно низким содержанием креатинфосфата и гликогена, ограниченными буферными возможностями организма, меньшей устойчивостью к продуктам анаэробного обмена.
Для стареющего организма характерно общее снижение интенсивности обменных процессов, значительное снижение пластического обмена. Процесс распада белков начинает преобладать над их синтезом, что приводит к снижению содержания общего белка и его фракций в клетках и жидкостях организма. Атрофируются многие нервные, мышечные и др. клетки, снижается содержание и активность белков-ферментов, содержание гемоглобина крови и миоглобина мышц. Снижается содержание мобильных источников энергии, уменьшаются буферные возможности и устойчивость ферментов к изменениям рН внутренней среды.
К старости увеличивается содержание солей в костной ткани, что снижает их эластичность и повышает ломкость. Снижается эластичность и прочность связок, ухудшается кровоснабжение мышц и других органов и тканей. Все это делает опасным для здоровья выполнение интенсивных упражнений скоростного и скоростно-силового характера: спринтерского бега, различных прыжков, упражнений с большим отягощением и т. п. К старости происходит снижение функций желез внутренней секреции, в том числе обеспечивающих «готовность организма к работе» - повышение активности ферментов энергетического обмена, снабжение работающих мышц энергетическими субстратами и т.п.
Задача физических упражнений в пожилом возрасте – замедлить развитие возрастных изменений и сохранить работоспособность.
Лицам пожилого возраста всесторонне воздействовать на организм, умеренная интенсивность работы и достаточное время для отдыха.
МАССА И СИЛА МЫШЦ В РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ
Механизм мышечного сокращения.
Скелетные мышцы обладают такими свойствами, как возбудимость, проводимость и сократимость. Возбуждение и сокращение мышцы вызывается нервными импульсами, поступающими из нервных центров. Нервные импульсы, приходящие в область контакта нерва и мышцы, приводят к выделению медиатора ацетилхолина, вызывающего потенциал действия. Под влиянием потенциала действия происходит высвобождение кальция, запускающего всю систему мышечного сокращения. В присутствии ионов Са под влиянием активного фермента миозина начинается расщепление аденозинтрифосфата (АТФ), являющегося основным источником энергии при мышечном сокращении. При передаче этой энергии на миофибриллы белковые нити начинают перемещаться относительно друг друга, в результате чего изменяется длина миофибрилл - мышцы сокращаются. Мышцы действуют на костные рычаги, приводят их в движение. В каждом движении участвует несколько мышц. Мышцы, действующие в одном направлении, называются синергистами, действующие в разных направлениях – антагонистами.
Масса и сила мышц в различные возрастные периоды
Сила мышц зависит от особенностей прикрепления их к костям. Кости вместе с прикрепляющимися к ним мышцами являются своеобразными рычагами, и мышца может развивать тем большую силу, чем дальше от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести она прикрепляется. У человека мышечная сила составляет 5-10 кг. на 1 см физиологического поперечника мышцы.
В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее мышц верхней и нижней конечности. К году мышцы верхней конечности более развиты, чем мышцы нижней конечности. К 4-5 годам мышцы плеча и предплечья обгоняют в развитии мышцы кисти. Ускорение развития мышц кисти происходит в 6-7 лет, когда ребенок приучается к труду и письму. Развитие мышц - сгибателей начинает опережать развитие мышц -разгибателей. У сгибателей масса больше, чем у разгибателей.
Масса мышц интенсивно нарастает, когда ребенок начинает ходить, и к 2-3 годам составляет примерно 23% массы тела, далее повышается к 8-ми годам до 27%. У подростков 15 лет она составляет 32,6% массы тела. Наиболее быстро масса мышц нарастает в возрасте от 15 до 17-18 лет и составляет 44,2%.
Увеличение мышечной массы достигается как их удлинением, так и увеличением их толщины, в основном за счет диаметра мышечных волокон. К 3-4 годам диаметр мышц возрастает в 2-2,5 раза. С возрастом резко увеличивается количество миофибрилл. К 7 годам по сравнению с новорожденным оно увеличивается в 15-20 раз. В период от 7 до 14 лет рост мышечной ткани происходит как за счет структурных преобразований мышечного волокна, так и в связи со значительным ростом сухожилий.
Увеличение мышечной массы и структурные преобразования (растяжимость, эластичность) мышечных волокон приводят к увеличению с возрастом мышечной силы. В дошкольном возрасте сила мышц незначительна. После 4-5 лет увеличивается сила отдельных мышечных групп. Наиболее интенсивно мышечная сила увеличивается в подростковом возрасте. У мальчиков прирост силы начинается в 13-14-лет, у девочек - с 10-12 лет. В 13-14 лет проявляются половые различия в мышечной силе, показатели относительной силы мышц девочек значительно уступают соответствующим показателям мальчиков.
В 18 лет рост силы замедляется и к 25-26 годам заканчивается.
Сила мышц, осуществляющих разгибание туловища, достигает максимума в 16 лет. Максимум силы разгибателей и сгибателей верхних и нижних конечностей отмечается в 20-30 лет.
У стариков средняя масса скелетных мышц уменьшается до 25-30% от массы тела.
Расчет величины максимальной силы на 1 кг. веса тела позволяет оценить совершенство нервной регуляции, химизма и строения мышц. Отмечено, что в возрасте от 4-5 до 6-7 лет нарастание максимальной силы почти не сопровождается изменениями ее относительного показателя. Причиной указанного роста являются несовершенство нервной регуляции и функциональная незрелость мотонейронов, не позволяющих эффективно мобилизовать увеличенную к этому возрасту мышечную массу. В дальнейшем в возрасте после 6-7 до 9-11 лет для мышц рост относительной силы становится особенно заметным. В это время наблюдаются быстрые темпы совершенствования нервной регуляции произвольной мышечной деятельности, а также изменения биохимической и гистологической структуры мышц. Это положение подтверждается тем, что в возрастной период от 4до 30 лет мышечная масса возрастает в 8 раз, а сила мышц в 9-14 раз.
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
1.Белковый обмен в развивающемся организме.
Процессы роста, количественными показателями которых является увеличение массы тела и уровень положительного азотистого баланса - одна сторона развития. Вторая его сторона - дифференциация клеток и тканей, биохимической основой которого является синтез ферментативных, структурных и функциональных белков.
Белки синтезируются из аминокислот, которые поступают из органов пищеварительной системы. Причем эти аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Если незаменимые аминокислоты (лейцин, метионин и триптофан и др.) не поступают с пищей, то в организме синтез белков нарушается. Особенно важно поступление незаменимых аминокислот для растущего организма, например, отсутствие лизина в пище приводит к задержке роста, истощении мышечной системы, недостаток валина - расстройствам равновесия у ребенка.
При отсутствии заменимых аминокислот в пище они могут синтезироваться из незаменимых (тирозин может синтезироваться из фенилаланина).
И наконец, белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, обеспечивающих нормальные процессы синтеза, относятся к биологически полноценным белкам. Биологическая ценность одного и того же белка для разных людей различна в зависимости от состояния организма, пищевого режима, возраста.
Способность удерживать азот у детей подвержена значительным индивидуальным колебаниям и сохраняется на протяжении всего периода прогрессивного роста.
Как правило, взрослым людям не свойственна способность к задержке азота пищи, их метаболизм находится в состоянии азотистого равновесия. Это свидетельствует о том, что потенциальные возможности к белковому синтезу сохраняются длительное время - так, под влиянием физической нагрузки происходит нарастание массы мышц (положительный азотистый баланс).
В периоды стабильного и регрессивного развития, по достижению максимального веса и прекращения роста, основную роль начинают играть процессы самообновления, происходящие в течении всей жизни и которые к старости затухают гораздо медленнее, чем другие виды синтеза.
Возрастные изменения затрагивают не только белковый, но также жировой и углеводный обмен.
2.Возрастная динамика обмена жиров и углеводов.
Физиологическая роль липидов - жиров, фосфатидов и стеринов в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластический обмен), а также используются как богатые источники энергии (энергетический обмен). Углеводы в организме имеют значение энергетического материала.
С возрастом изменяется жировой и углеводный обмен. В процессах роста и дифференцировки жиры играют существенную роль. Особенно важны жироподобные вещества, прежде всего потому, что они необходимы для морфологического и функционального созревания нервной системы, для образования всех видов клеточных мембран. Вот почему потребность в них в детском возрасте велика. При недостатке углеводов в пище жировые депо у детей быстро истощаются. Интенсивность синтеза в значительной мере зависит от характера питания.
Фазы стабильного и регрессивного развития характеризуются своеобразной переориентацией анаболических процессов: переключение анаболизма с синтеза белков на синтез жиров, что составляет одну из характерных черт возрастных изменений метаболизма при старении.
В основе возрастной переориентации анаболизма в сторону накопления жира в ряде органов лежит понижение способности тканей к окислению жира, вследствие чего при неизменной и даже пониженной скорости синтеза жирных кислот организм обогащается жирами (так, наблюдалось развитие ожирения даже при 1-2 разовом питании). Несомненным является и то, что в переориентации процессов синтеза, помимо факторов питания и нервной регуляции, имеет большое значение изменение гормонального спектра, в частности изменения в скорости образования соматотропного гормона, гормонов щитовидной железы, инсулина, стероидных гормонов.
Перестраивается с возрастом и углеводный обмен. У детей обмен углеводов совершается с большей интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ. В детском возрасте углеводы выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, формируя клеточные мембраны, вещества соединительной ткани. Углеводы участвуют в окислении продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Углеводы усваиваются детским организмом лучше, чем взрослым. Одним из существенных показателей возрастных изменений углеводного обмена является резкое увеличение к старости времени устранения гипергликемии, вызванной введением глюкозы при пробах на сахарную нагрузку.
3.Водно-солевой обмен.
Превращение веществ в организме совершается в водной среде, вместе с минеральными веществами вода принимает участие в построении клеток и служит реагентом в клеточных химических реакциях. Концентрация минеральных солей, растворенных в воде, обуславливает величину осмотического давления крови и тканевой жидкости, имея таким образом большое значения для всасывания и выделения. изменения количества воды в организме и сдвиги в солевом составе жидкости тела и тканевых структур влекут за собой нарушение устойчивости коллоидов, следствием чего могут быть необратимые нарушения и гибель отдельных клеток и далее организма в целом. Именно поэтому сохранение постоянного количества воды и минерального состава является необходимым условием нормальной жизнедеятельности.
В фазе прогрессивного роста вода участвует в процессах созидания массы тела. Известно, например, что из суточной прибавки массы тела в 25 г на долю воды приходится 18, белка - 3, жира - 3 и минеральных солей - 1 г. Чем моложе организм, тем больше суточная потребность в воде. В первые полгода жизни потребность ребенка в воде достигает 110-125 г на 1 кг веса, к 2 годам она снижается до 115-136 г, в 6 лет - 90-100 г, 18 лет - 40-50 г. Дети способны быстро терять и также быстро депонировать воду.
Общей закономерностью индивидуальной эволюции является уменьшение воды во всех тканях. С возрастом происходит перераспределение воды в тканях - увеличивается объем воды в межклеточных пространствах и уменьшается объем внутриклеточной воды.
Баланс многих минеральных солей зависит от возраста. В молодости содержание большинства неорганических солей меньше, чем у взрослых. Особое значение имеет обмен кальция и фосфора. Повышенные требования к поступлению этих элементов у детей до года объясняются усиленным образованием костной ткани. Но не меньшее значение эти элементы имеют и в старости. Поэтому пожилым людям необходимо вводить в рацион питания продукты, содержащие эти элементы (молоко, молочные продукты), во избежание расходования этих элементов из костной ткани. А содержание хлорида натрия, наоборот, следует снижать в рационе в связи с ослаблением продукции минералокортикоидов в надпочечниках с возрастом.
4.Возрастная динамика основного обмена
Под основным обменом понимается минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат при строго постоянных условиях: за 14-16 часов до приема пищи, в положении лежа в состоянии мышечного покоя при температуре 8-20 С. У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7-7,6 МДж в сутки. При этом для каждого человека величина основного обмена относительно постоянная.
Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых, так как на единицу массы у них приходится относительно большая поверхность тела, и процессы диссимиляции, а не ассимиляции являются преобладающими. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так что расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36%, в возрасте 6 мес. - 26%, 9 мес. - 21 % общей энергетической ценности пищи.
В глубокой старости (фаза регрессивного развития) наблюдается уменьшение веса тела, а также уменьшение линейных размеров тела человека, основной обмен падает до низких величин. Причем степень снижения основного обмена в этом возрасте коррелирует, по данным разных исследователей с тем, насколько у старых людей выражены признаки дряхлости и утрачена.
В онтогенезе варьирует не только средняя величина энергетического обмена, но и существенно изменяются возможности повышения этого уровня в условиях напряженной, например, мышечной деятельности.
Повышение тонуса скелетных мышц при недостаточной активности центра блуждающего нерва в течение первого года жизни способствует повышению энергетического обмена. Роль возрастной перестройки деятельности скелетной мускулатуры в динамике энергетического обмена особенно отчетливо выделяется при исследовании газообмена людей разного возраста в состоянии покоя и при физической деятельности. Для прогрессивного роста увеличение обмена в покое характеризуется снижением уровня основного обмена и совершенствованием энергетической адаптации к мышечной деятельности. В период стабильной фазы сохраняется высокий обмен функционального покоя и значительно повышается обмен при работе, достигая стабильного, минимального уровня основного обмена. И в регрессивной фазе, разница между обменом функционального покоя и основным обменом непрерывно уменьшается, удлиняется время отдыха.
Многие исследователи считают, что снижение энергетического обмена целостного организма на протяжении онтогенеза обусловлено, в первую очередь, количественными и качественными изменениями метаболизма в самих тканях, о величине которых судят по соотношению между основными механизмами освобождения энергии - анаэробным и аэробным. Это позволяет выяснить потенциальные возможности тканей генерировать и использовать энергию макроэргических связей.
Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т. е. образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.
Работа организма сопровождается непрерывным его обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 часть клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д. Рост и обновление клеток организма возможны только случае непрерывного поступления в организм кислорода и питательных веществ. Питательные вещества являются именно тем строительным и пластическим материалом, из которого строится организм.
Для непрерывного обновления, построения новых клеток организма, работы его органов и систем – сердца, желудочно-кишечного тракта, дыхательного аппарата, почек и другого, для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию человек получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. Следовательно, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим строительным материалом, но и источником энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.
Таким образом, под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт и до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.
Анаболизм и катаболизм. Обмен веществ, или метаболизм, является тонко согласованным процессом взаимодействия двух взаимно противоположных процессов, протекающих в определенной последовательности. Анаболизмом называют совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов вступают в реакции обмена веществ и становятся веществами самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур.
Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечными продуктами катаболизма являются вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. Эти вещества недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма.
Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества. Анаболические процессы обеспечивают построение структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма; обеспечивают синтез гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки; поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы.
Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами. Ферменты являются биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.
Превращение веществ. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до более простых (чаще всего мономеров), способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь или лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают главные изменения. Образовавшиеся из поступивших простых веществ сложные органические соединения входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки, которые разрывают внутримолекулярные химические связи с высвобождением энергии.
Главное значение в энергетическом обмене имеют реакции окисления и восстановления. При участии специальных ферментов осуществляются также и другие типы химических реакций, например реакции переноса остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование), аминогруппы NH2 (переаминирование), группы метила СН3 (трансметилирование) и др. Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, на поддержание жизнедеятельности организма.
Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, неиспользуемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности органов выделения.
АТФ. Основным аккумулирующим и переносящим энергию веществом, используемым при синтетических процессах как клетки, так и всего организма, является аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат (АТФ). В состав молекулы АТФ входят азотистое основание (аденин), сахар (рибоза) и фосфорная кислота (три остатка фосфорной кислоты). Под влиянием фермента АТФазы в молекуле АТФ разрываются связи между фосфором и кислородом и присоединяется молекула воды. Это сопровождается отщеплением молекулы фосфорной кислоты. Отщепление каждой из двух концевых фосфатных групп в молекуле АТФ протекает с выделением больших количеств энергии. Вследствие этого две концевые фосфатные связи в молекуле АТФ получили название богатых энергией связей, или макроэргических.
10.2. Основные формы обмена веществ в организме
Обмен белков. Роль белков в обмене веществ. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, являются белками.
Биологическая ценность белков пищи. Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, называются заменимыми.
Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называют полноценными. К ним относят преимущественно животные белки. Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (например, желатин, белок кукурузы, белок пшеницы). Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения, в организм обычно доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот.
Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Например, отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство вестибулярного аппарата у детей.
Из питательных веществ только в состав белков входит азот, поэтому о количественной стороне белкового питания можно судить по азотистому балансу. Азотистый баланс – это соотношение количества азота, поступившего в течение суток с пищей, и азота, выделенного за сутки из организма с мочой, калом. В среднем в белке содержится 16 % азота, т. е. 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Умножая величину усвоенного азота на 6,25, можно определить количество полученного организмом белка.
У взрослого человека обычно наблюдается азотистое равновесие – количества введенного с пищей азота и выведенного с продуктами выделения совпадают. Когда азота с пищей поступает в организм больше, чем его выводится из организма, говорят о положительном азотистом балансе. Такой баланс наблюдается у детей из-за увеличения массы тела при росте, во время беременности, при больших физических нагрузках. Отрицательный баланс характеризуется тем, что количество введенного азота меньше выведенного. Он может быть при белковом голодании, тяжелых болезнях.
Распад белков в организме. Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые соединения. Азот отщепляется от аминокислоты в виде аммиака (NH3) или в виде аминогруппы NH2. Аминогруппа, отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, благодаря чему строятся недостающие аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.
Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме (вещество ядовитое), обезвреживается в печени, где превращается в мочевину; последняя в составе мочи выводится из организма.
Конечные продукты распада белков в организме – это не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.
Особенности белкового обмена у детей. В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Потребность в белке детского организма больше, чем взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.
У детей наблюдается положительный азотистый баланс, когда количество азота, вводимого с белковой пищей, превышает количество азота, выводимого с мочой, что обеспечивает потребность растущего организма в белке. Суточная потребность в белке на 1 кг массы тела у ребенка на первом году жизни составляет 4–5 г, от 1 до 3 лет – 4–4,5 г, от 6 до 10 лет – 2,5–3 г, старше 12 лет – 2–2,5 г, у взрослых – 1,5–1,8 г. Отсюда следует, что в зависимости от возраста и массы тела дети от 1 до 4 лет должны получать 30–50 г белка в сутки, от 4 до 7 лет – около 70 г, с 7 лет – 75–80 г. При этих показателях азот максимально задерживается в организме. Белки не откладываются в организме про запас, поэтому если давать их с пищей больше, чем это требуется организму, то увеличения задержки азота и нарастания синтеза белка не произойдет. Слишком низкое количество белка в пище вызывает у ребенка ухудшение аппетита, нарушает кислотно-щелочное равновесие, усиливает выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1:1:3; при этих условиях азот максимально задерживается в организме.
В первые дни после рождения азот составляет 6–7 % суточного количества мочи. С возрастом относительное содержание его в моче уменьшается.
Обмен жиров. Значение жиров в организме. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают в жировую ткань. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жиры входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), там их количество постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.
Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен самостоятельно их синтезировать. Главным источником непредельных жирных кислот являются растительные масла. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80-100 г в сутки).
Конечные продукты обмена жиров – углекислый газ и вода.
Особенности обмена жиров у детей. В организме ребенка с первого полугодия жизни за счет жиров покрывается примерно на 50 % потребность в энергии. Без жиров невозможна выработка общего и специфического иммунитета. Обмен жиров у детей неустойчив, при недостатке в пище углеводов или при усиленном их расходе быстро истощаются депо жира.
Всасывание жиров у детей идет интенсивно. При грудном вскармливании усваивается до 90 % жиров молока, при искусственном – 85–90 %. У более взрослых детей жиры усваиваются на 95–97 %.
Для более полноценного использования жира в пище детей обязательно должны присутствовать углеводы, так как при их недостатке в питании происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.
Потребность организма в жирах на 1 кг массы тела тем выше, чем меньше возраст ребенка. С возрастом увеличивается абсолютное количество жира, необходимое для нормального развития детей. От 1 до 3 лет суточная потребность в жире составляет 32,7 г, от 4 до 7 лет – 39,2 г, от 8 до 13 лет – 38,4 г.
Обмен углеводов. Роль углеводов в организме. В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Они поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.
Углеводы – главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. Распад углеводов с освобождением энергии может идти как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечные продукты обмена углеводов – углекислый газ и вода. Углеводы обладают способностью быстро распадаться и окисляться. При сильном утомлении, при больших физических нагрузках прием нескольких граммов сахара улучшает состояние организма.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 110 мг%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. Печень играет большую роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала – гликогена, который мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1–2 %. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы истощаются.
Однако в крови может наблюдаться стойкое повышение содержания сахара. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции. Нарушение функционирования поджелудочной железы приводит к развитию сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность тканей организма усваивать сахар, а также превращать его в гликоген и откладывать в печени. Поэтому уровень сахара в крови постоянно повышен, что приводит к усиленному выделению его с мочой.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы и поэтому необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ в центральной нервной системе. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.
Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12 % приносимой глюкозы, кишечник – 9 %, мышцы – 7 %, почки – 5 %. Селезенка и легкие почти совсем ее не задерживают.
Обмен углеводов у детей. У детей обмен углеводов совершается с большой интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ в детском организме. Углеводы в детском организме служат не только основным источником энергии, но и выполняют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Участвуют углеводы и в окислении кислых продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Интенсивный рост детского организма требует значительных количеств пластического материала – белков и жиров, поэтому образование углеводов у детей из белков и жиров ограничено. Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10–12 г на 1 кг массы тела. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8–9 до 12–15 г на 1 кг массы. Ребенку в возрасте от 1 до 3 лет нужно давать с пищей в сутки в среднем 193 г углеводов, от 4 до 7 лет – 287 г, от 9 до 13 лет – 370 г, от 14 до 17 лет – 470 г, взрослому – 500 г.
Усваиваются углеводы детским организмом лучше, чем взрослым (у грудных детей – на 98–99 %). Вообще дети отличаются относительно большей выносливостью к повышенному содержанию сахара в крови, нежели взрослые. У взрослых глюкоза появляется в моче, если ее поступает 2,5–3 г на 1 кг массы тела, а у детей это происходит лишь при поступлении 8-12 г глюкозы на 1 кг массы тела. Прием незначительных количеств углеводов с пищей может вызвать у детей увеличение сахара в крови в два раза, но уже через 1 ч содержание сахара в крови начинает снижаться и через 2 ч полностью нормализуется.
Водный и минеральный обмен. Витамины. Значение воды и минеральных солей. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм, транспортирует растворенные вещества. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела: испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева.
Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.
Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, нормальное поступление и выведение их из организма является условием его нормальной деятельности. Вода у взрослого человека составляет примерно 65 % массы тела, у детей – около 80 %.
Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей большую опасность представляет обезвоживание организма, это влечет за собой судороги, потерю сознания. Лишение человека воды на несколько дней смертельно.
Водный обмен. Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку в сутки нужно 2–2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: воды, потребляемой при питье (около 1 л); воды, содержащейся в пище (около 1 л); воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300–350 куб. см).
Основные органы, удаляющие воду из организма, – почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками за сутки из организма удаляется 1,2–1,5 л воды в составе мочи. Потовыми железами через кожу в виде пота удаляется 500–700 куб. см воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 кв. см кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. Легкими в виде водяных паров выводится 350 куб. см воды; это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700–800 куб. см воды. Через кишечник с калом выводится в сутки 100–150 куб. см воды; при расстройстве деятельности кишечника может выводиться большее количество воды, что приводит к обеднению организма водой.
Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало ее расход. Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.
В организме ребенка преобладает внеклеточная вода, это обусловливает большую гидролабильность детей, т. е. способность быстро терять и быстро накапливать воду. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается, а абсолютное ее количество возрастает. Трехмесячному ребенку требуется 150–170 г воды на 1 кг массы, в 2 года – 95 г, в 12–13 лет – 45 г. Суточная потребность в воде у годовалого ребенка 800 мл, в 4 года – 950-1000 мл, в 5–6 лет – 1200 мл, в 7-10 лет – 1350 мл, в 11–14 лет – 1500 мл.
Значение минеральных солей в процессе роста и развития ребенка. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости и проводимости в нервной системе. Минеральные соли обеспечивают ряд жизненно важных функций организма, таких как рост и развитие костей, нервных элементов, мышц; определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы; используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор); поддерживают определенное осмотическое давление.
У новорожденного минеральные вещества составляют 2,55 % от массы тела, у взрослого – 5 %. При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве с пищей, и только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.
Минеральные вещества оказывают важное влияние на развитие ребенка. С кальциевым и фосфорным обменом связаны рост костей, сроки окостенения хрящей и состояние окислительных процессов в организме. Кальций влияет на возбудимость нервной системы, сократимость мышц, свертываемость крови, белковый и жировой обмен в организме. Фосфор нужен не только для роста костной ткани, но и для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых и других органов. Железо входит в состав гемоглобина крови.
Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни ребенка; в этом возрасте она в восемь раз больше, чем на втором году жизни, и в 13 раз больше, чем на третьем году; затем потребность в кальции снижается, несколько повышаясь в период полового созревания. У школьников суточная потребность в кальции – 0,68-2,36 г, в фосфоре – 1,5–4,0 г. Оптимальное соотношение между концентрацией солей кальция и фосфора для детей дошкольного возраста составляет 1: 1, в возрасте 8-10 лет – 1: 1,5, у подростков и старших школьников – 1: 2. При таких отношениях развитие скелета протекает нормально. В молоке имеется идеальное соотношение солей кальция и фосфора, поэтому включение молока в рацион питания детей обязательно.
Потребность в железе у детей выше, чем у взрослых: 1–1,2 мг на 1 кг массы в сутки (у взрослых – 0,9 мг). Натрия дети должны получать 25–40 мг в сутки, калия – 12–30 мг, хлора – 12–15 мг.
Витамины. Это органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов, что объясняет важную роль витаминов в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов, повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды (инфекциям, действию высокой и низкой температуры и т. д.). Они необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.
В отличие от ферментов и гормонов большинство витаминов не образуются в организме человека. Главным их источником являются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе. Витамины требуются в очень небольших количествах, но их недостача или отсутствие в пище нарушает образование соответствующих ферментов, что приводит к заболеваниям – авитаминозам.
Все витамины делят на две большие группы: а) растворимые в воде; б) растворимые в жирах. К водорастворимым витаминам относят группу витаминов В, витамины С и Р. К жирорастворимым витаминам – витамины А1 и А2, D, Е, К.
Витамин B1 (тиамин, аневрин) содержится в лесных орехах, неочищенном рисе, хлебе грубого помола, ячневой и овсяной крупах, особенно много его в пивных дрожжах и печени. Суточная потребность в витамине составляет у детей до 7 лет 1 мг, от 7 до 14 лет – 1,5 мг, с 14 лет – 2 мг, у взрослых – 2–3 мг.
При отсутствии в пище витамина B1 развивается заболевание бери-бери. Больной теряет аппетит, быстро утомляется, постепенно появляется слабость в мышцах ног. Затем наступают потеря чувствительности в мышцах ног, поражение слухового и зрительного нервов, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга, наступает паралич конечностей, без своевременного лечения – смерть.
Витамин В2 (рибофлавин). У человека первым признаком отсутствия этого витамина является поражение кожи (чаще всего в области губ). Появляются трещины, которые мокнут и покрываются темной коркой. Позднее развивается поражение глаз и кожи, сопровождающееся отпадением ороговевших чешуек. В дальнейшем могут развиться злокачественное малокровие, поражение нервной системы, внезапное падение кровяного давления, судороги, потеря сознания.
Содержится витамин В2 в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах. Суточная потребность в нем составляет 2–4 мг.
Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени. Суточная потребность в нем у детей – 15 мг, у взрослых – 15–25 мг.
При авитаминозе РР отмечаются чувство жжения во рту, обильное слюнотечение и поносы. Язык становится малиново-красным. На руках, шее, лице появляются красные пятна. Кожа становится грубой и шероховатой, отчего заболевание получило название пеллагра (от итал. pelle agra – шершавая кожа). При тяжелом течении болезни ослабевает память, развиваются психозы и галлюцинации.
Витамин B12 (цианкобаламин) у человека синтезируется в кишечнике. Содержится в почках, печени млекопитающих и рыб. При его недостатке в организме развивается злокачественное малокровие, связанное с нарушением образования эритроцитов.
Витамин С (аскорбиновая кислота) широко распространен в природе в овощах, фруктах, хвое, в печени. Хорошо сохраняется аскорбиновая кислота в квашеной капусте. В 100 г хвои содержится 250 мг витамина С, в 100 г шиповника – 150 мг. Потребность в витамине С составляет 50-100 мг вдень.
Недостаток витамина С вызывает заболевание цингой. Обычно болезнь начинается с общего недомогания, угнетенности. Кожа приобретает грязновато-серый оттенок, десны кровоточат, выпадают зубы. На теле появляются темные пятна кровоизлияний, некоторые из них изъязвляются и причиняют резкую боль.
Витамин А (ретинол, аксерофтол) в организме человека образуется из распространенного природного пигмента каротина, находящегося в больших количествах в свежей моркови, помидорах, салате, абрикосах, рыбьем жире, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц. Суточная потребность у детей в витамине А – 1 мг, взрослых – 2 мг.
При недостатке витамина А замедляется рост детей, развивается «куриная слепота», т. е. резкое падение остроты зрения при неярком освещении, приводящее в тяжелых случаях к полной, но обратимой слепоте.
Витамин D (эргокальциферол) особенно необходим детям для профилактики одной из наиболее распространенных болезней детского возраста – рахита. При рахите нарушается процесс формирования костей, кости черепа становятся мягкими и податливыми, конечности искривляются. На размягченных участках черепа образуются гипертрофированные теменные и лобные бугры. Вялые, бледные, с неестественно большой головой и коротким кривоногим телом, большим животом, такие дети резко отстают в развитии.
Все эти тяжелые нарушения связаны с отсутствием или недостатком в организме витамина D, который содержится в желтках, коровьем молоке, рыбьем жире.
Витамин D может образовываться в коже человека из провитамина эргостерола под влиянием ультрафиолетовых лучей. Рыбий жир, пребывание на солнце или искусственное ультрафиолетовое облучение являются средствами предупреждения и лечения рахита.
10.3. Возрастные особенности энергетического обмена
Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии: в организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту. Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя – лежа, натощак, т. е. через 12–16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18–20 °C (температура комфорта). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час. В среднем это 7 140 000-7 560 000 Дж в сутки. Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна.
Особенности основного обмена у детей. Поскольку на единицу массы у детей приходится относительно большая поверхность тела, чем у взрослого человека, основной обмен у них интенсивнее, чем у взрослых. У детей также значительно преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так, расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36 %, в возрасте 6 месяцев – 26 %, 9 месяцев – 21 % общей энергетической ценности пищи.
Основной обмен на 1 кг массы у взрослого человека составляет 96 600 Дж. Таким образом, у детей 8-10 лет основной обмен в два или два с половиной раза выше, чем у взрослых.
Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни. Выполняемая работа у мальчиков влечет более высокий расход энергии, чем у девочек.
Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.
Расход энергии при мышечной деятельности. Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20–50 % выше энергии основного обмена.
При ходьбе затраты энергии на 150–170 % превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии превышают основной обмен в 3–4 раза.
Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменением дыхания и кровообращения.
У людей разных профессий затраты энергии различны. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом. У мальчиков общий суточный расход энергии больше, чем у девочек.
В организме человека происходит постоянное обновление клеточных структур,
синтезируются и разрушаются различные химические соединения. Совокупность
всех химических реакций, протекающих в организме, называется обменом веществ
(метаболизмом). ■-);■
В процессе индивидуального развития-ччеловека обмен веществ и энергии претерпевает ряд количественных и качественных изменений, прежде всего существенно меняется соотношение между двумя фазами метаболизма: ассимиляцией и диссимиляцией. Ассимиляция - процесс усвоения организмом внешних веществ, в результате этого процесса вещества становятся составной частью живых структур и откладываются в виде запасов в организме.
Диссимиляция - процесс распада органических соединений на простые вещества, в результате происходит выделение энергии, которая необходима для жизнедеятельности организма.
Обмен веществ происходит в тесной связи с окружающей средой. Для жизнедеятельности необходимо поступление в организм из внешней среды белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. Количество, свойства и соотношение этих элементов должны соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Например, если пищи поступило больше, чем необходимо, человек прибавляет в весе, если меньше - теряет вес.
Главными особенностями обмена веществ у детей являются: ■ преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции; высокий основной обмен; повышенная потребность в белках; положительный азотистый баланс.
Обмен белков
Белки, или протеины, являются главной составной частью всех органов и тканей организма, с ними тесно связаны все жизненные процессы - обмен веществ, сократимость, раздражимость, способность к росту, размножению и мышлению.
Белки составляют 15-20 % общей массы тела человека (жиры и углеводы вместе - лишь 1-5 %). Белки поступают с пищей и относятся к незаменимым компо-
Нентам рациона. Биологическая активность других пищевых веществ проявляете только в присутствии белков.
Основные функции белков:
■ пластическая - участие в построении новых клеток и тканей, обеспечение
роста и развития молодых растущих организмов и регенерация изношенных
отживших клеток в зрелом возрасте;
" защитная - из белков пищи синтезируются антитела, обеспечивающие иммунитет к инфекциям;
■ ферментативная - все ферменты являются белковыми соединениями;
■ гормональная - инсулин, гормон роста, тироксин, тестостерон, эстрогены и многие другие гормоны являются белками;
■ сократительная - белки актин и миозин обеспечивают мышечное сокращение;
■ транспортная - содержащийся в эритроцитах белок гемоглобин переносит кислород, белки сыворотки крови участвуют в транспорте липидов, углеводов, некоторых витаминов, гормонов;
■ энергетическая - обеспечивают организм необходимой энергией.
Показателем уровня белкового обмена является азотистый баланс,
он определя
ется по результатам сравнения количества азота, поступившего с пищей и выве
денного из организма. Азотистый баланс - это разность между потребленным с
пищей азотом и азотом, выделенным из организма (с мочой, калом и микропоте
рями). Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие, положитель
ный и отрицательный азотистый баланс.
Азотистое равновесие - равенство количества поступившего с пищей и выделенного из организма азота.
Положительный азотистый баланс означает, что с пищей азота поступает больше, чем выводится из организма, характеризует накопление белка (азота) в организме. Задержка азота физиологична для детей, беременных и кормящих женщин, после голодания и т. д.
Отрицательный азотистый баланс - преобладание азота, выделенного из организма, над азотом, который поступил с пищей; свидетельствует о потере собственных белков тканями организма. При этом источником свободных аминокислот становятся белки плазмы крови, печени, слизистой оболочки кишечника, мышеч ной ткани, что позволяет достаточно долго поддерживать обновление белков мозга и сердца. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при голодании, недостатке в пище полноценных белков, ряде заболеваний, при травмах, ожогах, после операций и пр. Длительный отрицательный азотистый баланс приводит к гибели.
Для раннего этапа развития организма характерен положительный азотистый баланс, зрелого возраста - азотистое равновесие, а для старости преимущественно - отрицательный азотистый баланс.
В организме ребенка интенсивно происходят процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Поэтому потребность в белках у ребенка значительно выше, чем у взрослого.
В зависимости от возраста и массы тела количество белка в рационе ребенка оджно составлять: 1-3 года - 55 г, 4-6 лет - 72 г, 7-9 лет -- 89 г, 10-15 лет -100-1 Об г (норма взрослого).
За счет белков пищи должно покрываться приблизительно 10-15 % общего гуточного количества калорий.
Баланс и задержка азота в организме в организме ребенка зависит от его индивидуальных особенностей, определяемых типом ВНД. У детей с преобладанием Процессов возбуждения над процессами торможеЦия задержка азота менее выражена, чем у детей с преобладанием процессов торможения. Самые высокие показатели задержки азота отмечаются у детей с уравновешенными процессами ВНД. Имеет значение не только количество, но и качество вводимого белка.
Соотношение белков, жиров и углеводов в пище ребенка должно составлять 1:1:4, в этих условиях азот максимально задерживается в организме.
В моче у новорожденного меньше азота мочевины, больше азота аммиака и азота мочевой кислоты. В период новорожденное™ аминокислоты составляют 10 % общего азота мочи, в то время как у взраслог»,- лишь 3-4 %. Особенностью белкового обмена детей является постоянное наличие в их моче креатина.
Одним из показателей нарушения белкового обмена у детей является накопление остаточного азота в крови. У здоровых детей, от 3 мес. до 3 лет остаточный азот в крови колеблется в пределах от 17,69 до 26,15 мг (12,63-18,67 ммоль/л).
8.5.2. Обмен углеводов
Углеводы составляют основную часть пищевого рациона и обеспечивают 50-60 % его энергетической ценности. Содержатся углеводы главным образом в растительных продуктах.
В организме человека углеводы могут синтезироваться из аминокислот и жиров, поэтому они не относятся к незаменимым факторам питания. Минимум потребления углеводов соответствует примерно 150 г/сут. Депонируются углеводы в организме ограниченно и запасы их у человека невелики.
Основные функции углеводов: " энергетическая - при окислении 1 г усвояемых углеводов в организме выделяется 4 ккал;
пластическая - входят в состав структур многих клеток и тканей, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот (в сыворотке крови поддерживается постоянный уровень глюкозы, гликоген есть в печени и мышцах, галактоза входит в состав липидов мозга, лактоза содержится в женском молоке и т. д.); регуляторная - участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме, препятствуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров; защитная - гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную стенку; глюкуроновая кислота печени соединяется с токсическими веществами, образуя нетоксичные сложные эфиры, растворимые в воде, которые выводятся с мочой; пектины связывают токсины и радионуклиды и выводят их из организма.
Кроме того, углеводы тонизируют ЦНС, обладают биологической активностью -. в комплексе с белками и липидами образуют некоторые ферменты, гормоны, слизистые секреты желез и др. Пищевые волокна являются физиологическими стимуляторами двигательной функции желудочно-кишечного тракта.
Углеводы в организме ребенка выполняют не только энергетическую функцию, но и играют важную пластическую роль при создании основного вещества соединительной ткани, клеточных оболочек и др. Обмен углеводов в организме ребенка характеризуется гораздо большей интенсивностью, чем обмен углеводов в организме взрослого. Необходимое количество сахара в крови у детей натощак в мг %:
Новорожденные 30-50
Грудные 70-90
Более старшие 80-100
12-14 лет 90-120
Углеводный обмен у детей характеризуется высокой усвояемостью углеводов (98-99 %) независимо от способа вскармливания. В детском организме ослаблено образование углеводов из белков и жиров, так как для роста необходим усиленный расход белковых и жировых запасов организма. Углеводы в организме ребенка депонируются в меньшем количестве, чем в организме взрослого. Для детей раннего возраста характерно быстрое истощение углеводных запасов печени.
Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10-12 г на 1 кг массы тела в сутки. В последующие годы количество углеводов, в зависимости от конституционных особенностей ребенка, колеблется от 8-9 г до 12-15 г на 1 кг массы тела в сутки. В первом полугодии жизни ребенок получает нужное количество углеводов в виде дисахаридов. С 6 мес. возникает потребность в полисахаридах.
Суточное количество углеводов, которое дети должны получать с пищей, значительно увеличивается с возрастом:
■ от 1года до 3 лет - 193 г;
■ 4-7 лет - 287,9 г;
■ 8-13 лет -370 г;
■ 14-17 лет -470 г.
Обмен жиров
Жиры, или липиды, относятся к основным пищевым веществам и являются важным компонентом питания. Жиры подразделяют на нейтральные (триглицериды) и жироподобные вещества {липоиды).
Жиры в организме человека выполняют следующие основные функции:
■ служат важным источником энергии, превосходящим в этом плане все пище
вые вещества, - при окислении 1 г жира образуются 9 ккал (37,7 кДж);
» входят в состав всех клеток и тканей;
■ являются растворителями витаминов A, D, Е, К;
■ поставляют биологически активные вещества - ПНЖК, фосфатиды, стери-ны и др.;
■ создают защитные и термоизоляционные покровы - подкожный жировой слой предохраняет человека от переохлаждения;
■ улучшают вкус пищи;
■ вызывают чувство длительного насыщения. "■:
)Киры могут образовываться из углеводов и белков, но в полной мере заменяться ими не могут.
Жиры в организме ребенка выполняют энергетическую и пластическую фу< кцию. Обмен жира у детей характеризуется неустойчивостью, быстрым истощением жировых депо при недостатке в пище углеводов или их усиленном расходе.
С жирами пищи в организм поступает ряд^жирных кислот, среди них три био
логически ценные жирные кислоты: линолевая", линоленовая и арахидоновая. Эти
кислоты необходимы для обеспечения нормального роста и функционирования
кожи. С жирами в организм поступают растворимое в них витамины A, D, Е, К,
необходимые для роста и развития ребенка. Г ■
При составлении пищевого рациона детей нужно учитывать не только количество, но и качество входящих в него жиров. Без жиров невозможна выработка общего и специфического иммунитета.
Потребность в жире с возрастом меняется. Грудные дети должны больше потреблять жиров. В этот период за счет жира покрывается 50 % всей калорийной потребности. Дети, находящиеся на грудном вскармливании, усваивают 96 % жира, дети, находящиеся на смешанном и искусственном питании, - 90 %.
С возрастом увеличивается суточное количество жира, которое необходимо для нормального развития детей. От 1-3 года ребенок должен получать в сутки 32,7 г, 4-7 - 39,2 г, 8-13 лет - 38,4 г, 14-17 лет - 47 г, что примерно соответствует норме взрослого человека - 50 г.
Правильное расщепление жиров возможно при условии надлежащей корреляции жиров с другими питательными ингредиентами. При питании детей раннего возраста особенно следует выдерживать соотношение между жирами и углеводами 1:2.
Обмен воды
Вода входит в состав всех клеток и тканей организма, служит наилучшим растворителем для многих биологически важных веществ, обеспечивает течение метаболических процессов, участвует в теплорегуляции, растворяет конечные продукты обмена веществ и способствует их выведению органами выделения.
Организм ребенка отличается от взрослого гидролабильностью, т. е. способностью быстро терять и быстро накапливать воду. Существует связь между энер-
14 Возрастная анатомия
Гией роста и содержанием воды в тканях. Суточная прибавка в весе у детей грудн< го возраста составляет 25 г, на долю воды приходится 18 г, белка - 3 г, жира - 3 и 1 г приходится на долю минеральных солей.
Чем младше ребенок и быстрее он растет, тем больше у него потребность в воД| Потребность в воде на 1 кг массы тела:
Возраст Количество воды, мл
Новорожденные 150-200
Грудные 120-130
12-13 лет 40-50
Суточная потребность в воде:
Возраст, лет Количество воды, мл
| 800 950 1200 1350 1500 |
В раннем возрасте даже при небольших изменениях в каком-либо звене водного обмена нарушается его регуляция, в результате могут возникнуть патологические явления. Например, у детей наблюдается «лихорадка от жажды» вследствие усиления распада белка из-за недостатка воды в организме.
Потеря организмом 10 % воды отрицательно сказывается на жизнедеятельности и приводит к сгущению крови, нарушению кровотока, сдвигам психического состояния, судорогам. Снижение количества воды на 20 % ведет к смерти.
8.5.5. Обмен минеральных веществ
Минеральные вещества относятся к жизненно необходимым компонентам питания и обеспечивают поддержания гомеостаза. Минеральные вещества выполняют следующие основные функции:
■ формируют ткани, особенно велика их роль в построении костной ткани, где преобладают фосфор и кальций (пластическая функция);
■ участвуют во всех видах обмена веществ;
■ поддерживают осмотическое давление в клетках и межклеточных жидкостях; * обеспечивают кислотно-щелочное равновесие (состояние) в организме;
■ усиливают иммунитет;
■ активируют гормоны, витамины, ферменты;
■ способствуют кроветворению.
с ез минеральных веществ невозможна нормальная функция нервной, сердечно- с0 судистой, пищеварительной, выделительной и других систем.
Как правило, употребляемые в пищу вещества животного и растительного лроисхождения содержат в достаточном количестве все необходимые растущему организму минеральные вещества. Только поваренная соль добавляется при рациональном приготовлении пищи.
У детей баланс минерального обмена положительный, это связано с ростом организма и, в первую очередь, костной ткани. У новорожденного количество минеральных веществ составляет 2,55 % массы тела, у взрослого - 5 %.
Баланс отдельных минеральных веществ зависит от возраста ребенка, его ин
дивидуальных особенностей и времени года. К""""
Для растущего организма большую роль играет кальций.
Оптимальное обес
печение организма кальцием требуется на протяжении всей жизни человека. Осо
бенно важен кальций в период интенсивного роста, так как является необходимым
условием нормального развития скелета, достижения им необходимой прочности
и сохранности. , -v
Недостаток потребления кальция в детском и подростковом возрасте препятствует достижению оптимальной массы и прочности костей, тем самым повышая риск развития остеопороза. Дефицит кальция увеличивает опасность рахита у детей, нарушает развитие скелета и зубов, повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Щитовидная и околощитовидная железы регулируют обмен кальция, поддерживая постоянный уровень его в крови и обеспечивая организм нужными количествами при возможных колебаниях.
Для нормального развития костей необходим также фосфор. Этот элемент нужен не только для роста костной ткани, но и для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых клеток и других органов. С возрастом относительная потребность в фосфоре уменьшается. Оптимальное соотношение между концентрацией солей кальция и фосфора для детей дошкольного возраста составляет 1:1; в возрасте 8-10 лет - 1:1,5; в подростковом возрасте -1:2. При таких соотношениях развитие скелета протекает нормально. При отсутствии или недостатке витамина D понижается активность фосфатазы, уменьшается отложение в костях фосфорнокислых солей кальция, развивается рахит.
Наиболее опасен избыток фосфора для детей в первые месяцы жизни, почки которых не справляются с его выведением. Это приводит к повышению в их крови фосфора и уменьшению кальция, а в дальнейшем к развитию мочекаменной болезни.
Калий имеет важное значение для внутриклеточного обмена. Он необходим Для нормальной деятельности мышц, в частности, усиливает работу сердца, принимает участие в обмене углеводов, жиров, белков. Дети получают с пищей калия Меньше, чем взрослые, и меньше его выделяют. Дефицит калия в организме сопровождается вялостью, апатией, сонливостью, снижением тонуса мышц, аритмией сердечных сокращений, снижением АД.
Железо входит в состав гемоглобина. У детей потребность в железе больщ е чем у взрослых. Из-за дефицита железа в организме развивается железодефици т." ная анемия, быстрая утомляемость, мышечная слабость, сниженная умственная и физическая работоспособность.
Для нормального развития ребенка в его организм с пищей должны посту, пать все необходимые микроэлементы: медь, цинк, марганец, магний, фтор и др Грудной ребенок получает их с молоком матери.
Правильный обмен веществ и энергии обеспечивают жизнедеятельность человеческого организма. Но люди подвержены возникновению различных заболеваний. Почему такое случается, и какое отношение к болезням имеет обмен веществ, вы узнаете из данной статьи.
Что нужно знать об обмене веществ
Что представляет собою обмен веществ? Это деятельность организма, в результате которой ткани, органы и системы органов получают необходимые питательные вещества (жиры, углеводы и белки) и выводят продукты распада организма (соли, ненужные химические соединения). Если эти процессы налажено работают в организме, проблем со здоровьем у человека не возникает, и, наоборот, при нарушениях метаболизма развиваются различные заболевания.
Для чего нужны питательные вещества организму? В человеческом организме происходит непрерывный, интенсивный синтез, то есть сложные химические соединения образуются из более простых в органах, тканях и на клеточном уровне. Одновременно беспрерывен второй процесс – процесс распада и окисления органических соединений, которые не нужны больше организму и выводятся из него. Этот комплексный процесс обмена веществ обеспечивает жизнедеятельность, образование и рост новых клеток, а питательные вещества и являются строительным материалом всех органов и систем в целом.
Питательные вещества не только нужны для построения тканей и органов, но и для интенсивной, налаженной работы всех систем – сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной, мочеполовой систем и желудочно-кишечного тракта. Это энергия, которая поступает в организм человека при окислении и распаде органических соединений в обменном процессе. Поэтому питательные вещества – весомый источник энергии, необходимой для бесперебойной деятельности всего организма.
Если говорить о видах питательных веществ , то белки, а именно их ферменты, являются основным материалом для строения и роста органов. Жиры и углеводы предназначены для выработки и покрытия затрат энергии. Все виды питательных веществ, включая минеральные вещества и витамины, должны поступать в организм в определенном ежедневном количестве. Нехватка витаминов либо норма, превышающая допустимую, ведет к расстройствам в работе целого организма и провоцирует различные болезни. Поэтому роль обмена веществ, безусловно, значима для организма во всех смыслах этого слова.
Когда метаболизм нарушен и замедлен, часто появляется проблема лишнего веса . Многие спрашивают: «Можно ли ускорить процесс обмена веществ?». Безусловно, но нужно приложить немало сил для достижения желаемого результата. Так, мечтая иметь идеальный вес и , многие женщины прибегают к изнурительным тренировкам и спортивным упражнениям. Конечно, физические нагрузки способны нарастить мышечную массу, истребляя жировые отложения, но здесь нужен комплексный подход к похуданию, включая сбалансированное питание. Регулярное употребление зеленого чая способствует ускорению метаболизма, что доказано известными диетологами.
Многие желают изменить свой вес неординарными способами. Некоторые даже начинают курить, поскольку, считают, что курение способствует сжиганию жиров. Действительно, организм истрачивает запасы жира на восстановление организма от табачных ядов. В этом случае нужно подумать, стоит ли приносить в жертву здоровье всего организма ради исчезновения нескольких килограммов.
Часто наследственные болезни провоцируют набирание лишнего веса и замедление обменного процесса. Так, ожирение наблюдается у больных сахарным диабетом, вследствие нарушения работы щитовидной железы. В большинстве случаев эти болезни передаются по генам детям. Поэтому самый оптимальный вариант диетического питания назначает врач эндокринолог.
Возрастные особенности обмена веществ
Потребность в питательных веществах детского организма гораздо выше, чем взрослого человека. Поэтому отмечается интенсивный обмен веществ, где процессы анаболизма (синтеза) и катаболизма (распада) проходят намного быстрее, чем в организме взрослого. Поскольку происходит интенсивный рост клеток и развитие молодого организма, белка как строительного материала нужно в два, а то и в больше раз, чем взрослому человеку. Так, если ребенку до 4 лет требуется суточная норма 30…50г, то 7летнему нужно до 80г белка в сутки. Ферменты белков в человеческом организме не накапливаются, как жиры. Если увеличить дневную дозу белков, это грозит расстройствами пищеварения.
Вместе с жирами попадают в организм и необходимые для жизнедеятельности гормоны и витамины. Их разделяют на 2 основных группы: те, которые расщепляются с помощью жиров и те, которым нужна только вода. Чем меньше возраст ребенка, тем больше процентов жиров необходимо для его развития. Так, младенец с молоком матери получает примерно 90%, организм старшего ребенка усваивает 80%. Усвояемость жиров напрямую зависит от количества углеводов, дефицит которых приводит к различным не желаемым изменениям пищеварения, повышению кислотности в организме. Именно достаточная дневная норма жиров способствует укреплению иммунитета.
Углеводы нужны детскому организму в большом количестве. С возрастом увеличивается и потребность растущего организма в них. Превышение нормы углеводов поднимает сахар в крови у ребенка лишь на несколько часов после приема углеводов, далее уровень нормируется. Поэтому опасность заболеть сахарным диабетом практически исключается, у взрослых же все наоборот.
Обмен веществ у людей старшего поколения существенно изменяется, поскольку это связано с гормональными изменениями в организме. Замедляются 2 основных этапа метаболизма: процессы синтеза и распада соединений. Так, людям после 60-ти нужно ограничить употребление белков с пищей. Поэтому употребление мяса нужно ограничить, но не совсем. Поскольку пожилые склонны к частым запорам и проблемам с кишечником, им полезно принимать кисломолочные продукты, сырые овощи и фрукты. Жиров лучше употреблять по минимуму, лучше – растительные. Углеводами также не следует увлекаться (имеется в виду сладости, но сладкие фрукты можно).
Неправильное питание, возрастные изменения, старение органов, тканей и клеток затрудняет и тормозит метаболизм в организме. Поэтому пожилые люди должны умеренно питаться и вести активный образ жизни.
