Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен — две стороны единого процесса обмена веществ. Витамины и их значение для организма - ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЗДОРОВЬЕ - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

Обмен веществ заключается в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, усвоении и изменении этих веществ и в выделении образовавшихся продуктов распада. При всех этих процессах наблюдается множество химических, механических, термических и электрических явлений, непрерывно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается и превращается в тепловую, механическую, электрическую энергию. Преимущественно в организме освобождается тепловая и механическая энергия. Электрической энергии освобождается очень мало, но эта энергия имеет важнейшее значение для функционирования нервной и мышечной систем. За счет освобождающейся энергии поддерживается определенная постоянная температура тела у теплокровных животных и совершается внешняя работа. Освобождение энергии необходимо также для поддержания структур клеток и для синтеза сложных органических соединений. Обмен веществ и превращение энергии неотделимы друг от друга. Процессы обмена веществ и энергии в живом организме протекают согласно единому закону — закону сохранения материи и энергии. В живом организме материя и энергия не создаются и не исчезают, происходит лишь их изменение, поглощение и выделение.

Обмен веществ в организме состоит из процессов ассимиляции (построения веществ) и диссимиляции (распада веществ). В процессе ассимиляции (или пластического обмена) образуются сложные органические вещества, которые входят в состав различных структур организма. В процессе диссимиляции (или энергетического обмена) происходят распад сложных органических веществ, превращение их в более простые. При этом выделяется энергия, необходимая для нормальной жизнедеятельности организма. Обмен веществ в организме — это единый процесс: обмен одного вещества связан с обменом других веществ. Так, например, белки в процессе обмена веществ могут превращаться в жиры и углеводы, а жиры — в углеводы.

Вода — наиболее распространенное вещество в организме. Взрослый человек состоит из воды приблизительно на 65%, а человеческий эмбрион содержит около 90% воды. В сутки организм человека теряет около 2,0-2,5 л воды. Столько же он получает в сумме с питьем и пищей. Вода и растворенные в ней минеральные соли всасываются по всему желудочно-кишечному тракту, но больше всего через ворсинки тонкого кишечника. Обезвоживание организма приводит к быстрой гибели, и без воды человек может жить до 5-6 дней, тогда как без пищи он может обходиться более месяца. Вода — это та среда, в которой в организме проходят все химические реакции. Она является транспортным средством и переносит растворы веществ (плазма крови, лимфа, межклеточная жидкость). Вода необходима для поддержания постоянной температуры тела. Она удаляется из организма через почки (около 1 л в сутки), кожу (до 0,8 л в сутки), в виде пара через легкие (0,5 л в сутки), с калом.

Набор минеральных солей, необходимых организму человека, очень разнообразен. В сутки мы должны получать с пищей и питьем не менее 5-8 г натрия, столько же хлора, 3-5 г калия, по 1 г кальция и фосфора, около 0,5 г магния. Перечисленные вещества называют макроэлементами, поскольку их количество в организме исчисляется десятками и сотнями граммов. Функции макроэлементов весьма многочисленны. Так, ионы натрия, калия и хлора являются основными ионами межклеточной среды и цитоплазмы, а фосфаты кальция и магния входят в состав костей. Калий, натрий, кальций и хлор необходимы для нормальной работы нервной и мышечной систем, кальций является одним из факторов свертывания крови, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот и т.д. Кроме макроэлементов нам необходимы микроэлементы — вещества, суточная потребность в которых исчисляется миллиграммами, но в их отсутствие нормальная жизнедеятельность организма невозможна. К микроэлементам относят железо, медь, йод, цинк, фтор и ряд других элементов (всего около 30). Все они входят в состав ферментов и транспортных белков (например, гемоглобина) либо являются структурными составляющими молекул небелковой природы (например, йод — молекул тироксина, фтор — эмали зубов).

Органические вещества, необходимые организму, делятся на заменимые (клетки могут синтезировать их самостоятельно) и незаменимые (их можно получить только с пищей). Наличие в пище незаменимых органических соединений является обязательным условием нормального течения пластического обмена.

Белки поступают в организм с пищей, в пищеварительном канале под воздействием ферментов расщепляются до аминокислот, которые в тонком кишечнике всасываются в кровь. Затем в клетках из аминокислот синтезируются собственные белки, свойственные данному организму. Однако часть аминокислот подвергается распаду, при этом выделяется энергия (при распаде 1 г белка выделяется 4,1 ккал, или 17,6 кДж энергии). Конечные продукты распада белков — вода, углекислый газ, аммиак, мочевина и некоторые другие. Аммиак (в виде сульфата аммония) и мочевина выводятся из организма через мочевыделительную систему. Если функции почек нарушены, то эти азотистые вещества будут накапливаться в крови и отравлять организм. Белки в организме не откладываются, «белковых депо» в организме нет. У взрослых людей синтез и распад белков уравновешены, а в детском возрасте преобладает синтез.

Функции белков в организме разнообразны: пластическая (в составе клеток примерно 50% белков), регуляторная (многие гормоны — белки), ферментативная (ферменты — это биологические катализаторы белковой природы, они значительно увеличивают скорость биохимических реакций), энергетическая (белки представляют собой энергетический резерв в организме, который используется при нехватке углеводов и жиров), транспортная (например, белок гемоглобин транспортирует кислород), сократительная (белки актин и миозин в мышечной ткани).

Белки являются полимерами, состоящими в основном из 20 разных мономеров — аминокислот. Аминокислоты подразделяются на заменимые и незаменимые. К заменимым относятся глицин, серии и др. Однако 10 (у новорожденных — 12) аминокислот в наших клетках не синтезируются и обязательно должны присутствовать в пище. Часть из них встречается практически в любых белках, но часть — весьма дефицитна. Наиболее часто в пищевых белках обнаруживается недостаток лизина, триптофана и метионина. Тем не менее некоторые пищевые белки в достаточном количестве содержат все необходимые человеку аминокислоты. Такие белки, представляющие наибольшую пищевую ценность, являются белками животного происхождения — молочными, яичными, мясными, рыбными. Белки растительного происхождения содержат существенно меньше незаменимых аминокислот. Это относится прежде всего к белкам злаков. Белки бобовых (особенно сои) и орехов занимают промежуточное положение между животными белками и белками злаков. Минимальную пищевую ценность представляют белки, которые содержатся в грибах.

Подсчитано, что за сутки в нашем теле распадается около 400 г белков. При этом две трети образовавшихся аминокислот не выводится из организма, а используется вновь. Остальные аминокислоты, окисляясь, образуют воду, углекислый газ и аммиак. В клетках печени аммиак превращается в мочевину, выводимую в составе мочи. Суточная потребность человека в белках составляет примерно 100-118 г, из них не менее половины — животного происхождения.

Углеводы являются главным источником энергии в организме. Глюкоза особенно необходима для нормальной работы мозга. Содержание глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне (0,12%). Снижение ее содержания в плазме крови до 0,05% приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели человека. В организм углеводы попадают в виде полисахаридов (прежде всего крахмала), дисахаридов (сахарозы) или моносахаридов. Всасываются они в виде моносахаридов в ворсинки тонкого кишечника и далее попадают в кровь. При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в печени и мышцах в гликоген, откладываясь про запас. Всего в организме человека может откладываться до 400 г гликогена. Расщепление 1 г глюкозы до углекислого газа и воды сопровождается выделением 17,6 кДж. Исходя из средних энергозатрат, взрослому человеку необходимо получать с пищей 400-500 г глюкозы в сутки. Помимо энергетической углеводы выполняют также пластическую функцию, входя, например, в состав нуклеиновых кислот.

Значение жиров для организма заключается в том, что они являются одним из важнейших источников энергии (при распаде 1 г жира выделяется 9,3 ккал, или 38,9 кДж энергии). Кроме того, жиры выполняют в организме защитную, амортизационную, пластическую функции, являются источником воды, так как при окислении жира образуется много воды (конечные продукты распада жиров — СО2 и Н2О). Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга) покрывается за счет окисления жиров. В организм человека жиры поступают как с животной, так и с растительной пищей. Распадаясь под действием ферментов на глицерин и жирные кислоты, жиры уже в клетках кишечного эпителия вновь восстанавливают свою структуру и затем переносятся в лимфатические сосуды. Незаменимым компонентом жиров являются жирные кислоты, содержащие ненасыщенные ОС связи (по 2 и более; линолевая кислота, арахидоновая кислота и др.). Эти соединения присутствуют в жирах растительного происхождения и необходимы для построения клеточных мембран, определяя их текучесть, проницаемость, активность встроенных в мембраны ферментов и др. Потребность в жирах составляет в среднем 80-100 г в сутки (из них не менее трети должны быть растительными). Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, причем могут образовываться жировые депо, покрывающие затраты энергии в течение многих суток.

Обмен веществ невозможен без участия витаминов. Витамины — органические вещества, жизненно необходимые для существования организма человека. Витамины или совсем не вырабатываются в человеческом организме, или вырабатываются в недостаточных количествах. Так как чаще всего витамины являются небелковой частью молекул ферментов (коферментами) и определяют интенсивность множества физиологических процессов в организме человека, то необходимо их постоянное поступление в организм. Исключения до некоторой степени составляют витамины Вп и А, способные в небольших количествах накапливаться в печени. Кроме того, некоторые витамины (В1, В2, К, Е) синтезируются бактериями, обитающими в толстом кишечнике, откуда и всасываются в кровь человека. При недостатке витаминов в пище или заболеваниях желудочно-кишечного тракта поступление витаминов в кровь уменьшается и возникают заболевания, имеющие общее название гиповитаминозов. При полном отсутствии какого-либо витамина возникает более тяжелое расстройство, получившее название авитаминоза. Витамины подразделяются на водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины усваиваются в водном растворе, а при их избытке в организме легко выводятся с мочой.

Жирорастворимые витамины усваиваются вместе с жирами, поэтому нарушение переваривания и всасывания жиров сопровождается нехваткой ряда витаминов (A, D, К). Значительное увеличение содержания жирорастворимых витаминов в пище может вызвать ряд нарушений обмена веществ, так как эти витамины плохо выводятся из организма. В настоящее время насчитывается не менее двух десятков веществ, относящихся к витаминам.

Сведения о потребности в основных витаминах, содержании в пище, а также о проявлениях авитаминозов приведены в таблице.

Основные витамины

Витамин	Суточная потребность	Источник	Проявления авитаминозов
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
С — аскорбиновая кислота	50-100 мг	Клюква, шиповник, цитрусовые, черная смородина, чеснок, лук	Цинга — нарушение образования соединительных тканей: кровоточивость слизистых и десен, ломкость сосудов, выпадение зубов, распухание суставов, выпадение волос, мышечные боли, понижение сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям
В1 — тиамин	2-3 мг	Зерна злаковых, бобовые, грецкие орехи, яичный желток, печень	Полиневрит (бери-бери) — нарушение проведения импульсов по нервным волокнам: мышечные судороги, атрофия мышц, параличи конечностей
В2 - рибофлавин	2 мг	Бобовые, гречневая крупа, молоко, яичный белок, мясо, печень	Задержка роста, нарушение зрения, воспаление слизистой ротовой полости
В3 — никотиновая кислота	15-25 мг	Хлеб грубого помола, бобовые, картофель, мясо, печень	Пеллагра (от итал. «шершавая кожа»), фотодерматиты
В5 — пантотеновая кислота	5-10 мг	Встречается во всех пищевых продуктах	Нарушение нервно-мышечной координации, утомляемость, вялость, сонливость, апатия, мышечные судороги
В6 — пиридоксин	1,5-3 мг	Хлеб, горох, дрожжи, картофель, мясо, рыба, яичный желток, молоко	Неврологические нарушения: депрессия, раздражительность. Дерматиты. Анемия
В12 - цианокоболамин	2-3 мг	Молоко, творог, яйца, печень, почки; вырабатывается кишечной микрофлорой	Злокачественное малокровие. нарушение роста нервной ткани
В6 — фолиевая кислота	0,2 мг	Зеленые овощи, печень, рыба	Анемия, особенно выраженная у женщин во время беременности
Н — биотин	0,1-0,2 мг	Дрожжи, печень, почки, яичный желток, бобовые, орехи: выделяется кишечной микрофлорой	Дерматиты, мышечные боли, вялость, сонливость, тошнота, потеря аппетита
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
А — ретинол	1-3 мг	Красноокрашенные овощи и фрукты: морковь, помидоры, перец, тыква, рябина, абрикосы, смородина; сливочное масло, яичный желток, печень, рыбий жир, молочные продукты	Куриная слепота: развивается сухость роговицы глаза и дегенерация слизистых оболочек. в результате ухудшается адаптация глаза к темноте. Поражения кожи и дыхательных путей
D — кальциферол	0,002- 0,005 мг	Рыбий жир, яичный желток, печень; образуется в коже под действием ультрафиолета	Нарушение образования костной ткани из-за недостатка в костях кальция. У детей — рахит: замедление роста, деформация костей; у взрослых — остеопороз: боли в костях, спонтанные переломы, кариес
Е — токоферол	10-15 мг	Зеленые овощи, растительное масло, яичный желток, печень; выделяется кишечной микрофлорой	Анемия из-за снижения числа эритроцитов и нарушения периферического кровообращения. Мышечная слабость. Бесплодие
К — филлохинон	0,2-0,3 мг	Томаты, картофель, шпинат, капуста; синтезируется кишечной микрофлорой	Замедление свертывания крови: кровоточивость, ломкость сосудов

Витамины не всегда хорошо сохраняются в пищевых продуктах. Например, витамин А разрушается при длительном хранении и высыхании моркови. Кроме того, следует учитывать, что большинство водорастворимых витаминов разрушаются при нагревании: около 60% витаминов из группы В, около 50% витамина С. Поэтому для сохранения витаминов овощи следует чистить и резать непосредственно перед приготовлением, варить их надо недолго и в закрытой кастрюле. Очень важно часто употреблять в пищу салаты из сырых овощей: капусты, моркови и т. п. Сохранять на зиму ягоды лучше в протертом с сахаром виде, так в них сохраняется больше витаминов.

Таким образом, пластический и энергетический обмен взаимосвязаны. В процессе обмена веществ непрерывно образуется энергия, которая также непрерывно расходуется на совершение работы, на обеспечение нервной деятельности, на синтез веществ. Источник энергии для человека — это питательные вещества, поэтому важно, чтобы в пище были все необходимые для нормального обмена веществ органические и неорганические соединения. Образующиеся конечные продукты обмена должны выводиться из организма через легкие, кишечник, кожу и почки. Главная роль в выведении из организма продуктов распада принадлежит почкам, через которые удаляются мочевина, мочевая кислота, соли аммония, выводится избыток воды, солей.

Нормальный обмен веществ — основа здоровья. Нарушения обмена приводят к тяжелым заболеваниям (диабет, подагра, ожирение или, наоборот, потеря веса и т. д.). Часто нарушения обмена веществ связаны с недостаточным питанием. Недостаточное питание ведет к недополучению человеком энергии. В результате организм обращается к резервным запасам сначала гликогена, а потом жиров. При продолжающемся голодании может начаться разрушение мышц и многих внутренних органов. Однако пища должна обеспечивать человека не только энергией, но и материалом для пластического обмена. Недостаток незаменимых аминокислот ведет к так называемому белковому голоданию, при котором снижается скорость роста организма, нарушается развитие многих его систем. Недостаток незаменимых жирных кислот отражается прежде всего на состоянии тех органов, в которых идут процессы активного клеточного деления (кожа, слизистые, кроветворные ткани и др.).