ОБМЕН ВЕЩЕСТВ - АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И ГИГИЕНА ЧЕЛОВЕКА

Обмен веществ (метаболизм) представляет собой сложный процесс превращения веществ и энергии в организме. Он позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на относительно простые химические соединения, которые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде и превращении различных компонентов пиши выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций. Конечные продуты распада выводятся из организма.

Метаболизм обычно делят на две стадии. В ходе энергетического обмена (катаболизма) сложные органические вещества деградируют до более простых, выделяемая при этом энергия запасается клетками в виде молекул АТФ. В процессах анаболизма (пластического обмена) с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты, обеспечивающие рост, развитие, деятельность организма и жизнь в целом.

Процессы превращения жиров, углеводов и белков строго согласованы между собой. Единство в превращении этих трех групп веществ обусловлено тем, что при их распаде образуются общие промежуточные продукты, из которых в определенных условиях могут образовываться аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты или же эти общие метаболиты могут вовлекаться в окислительные реакции и расщепляться до СО₂ и Н₂О с выделением энергии

Обмен белков

Белки — необходимый строительный материал протоплазмы клеток. Они выполняют в организме специальные функции. В частности, все ферменты, многие гормоны, зрительный пурпур сетчатки, переносчики кислорода, защитные вещества крови являются белковыми молекулами.

Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Незаменимыми называются те, которые организм получает только с пищей. Заменимые могут быть синтезированы в организме из других аминокислот. По содержанию аминокислот определяется ценность белков пиши. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты, неполноценные — не содержат некоторые незаменимые аминокислоты. Основным источником полноценных белков служат животные белки. Растительные белки (за редким исключением) неполноценные. Два или три неполноценных белка, дополняя друг друга, могут обеспечить сбалансированное питание человека Суточная потребность в белках составляет около 80—150 г и зависит от интенсивности физических нагрузок. При избытке поступающих с пищей белков они превращаются в жиры и углеводы.

Белки пищи расщепляются ферментами пищеварительных соков до аминокислот, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают к клеткам тела, где образуются белки, специфические для человека. В тканях и клетках непрерывно идет разрушение и синтез белковых структур. В условно здоровом организме взрослого человека количество распавшегося белка равно количеству синтезированного. Показано, что 50% белков печени обновляйся через 4 сут., белков мышечной ткани — через 24, белков кожи — через 300 сут. Конечные продукты распада белков — СО₂, Н₂О, мочевина, мочевая кислота и др. — выводятся из организма с мочой и потом. Образующийся при распаде аминокислот аммиак нейтрализуется в печени путем образования мочевины. Белки могут служить одним из источников энергии. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Однако организм использует белки как источник энергии лишь при истощении иных источников — углеводов и жиров.

В регуляции белкового обмена наиболее важную роль играют гормоны щитовидной железы (тироксин), гипофиза (соматотропный) и коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).

Обмен углеводов

В ротовой полости и тонком отделе кишечника происходит гидролиз углеводов. Глюкоза, фруктоза и галактоза всасываются в стенки кишечника и поступают в кровь. Углеводы — основной источник энергии в организме. При расщеплении 1 г высвобождается 17,6 кДж энергии. Суточное потребление углеводов должно составлять около 500 г. При избытке их в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров. Моносахариды током крови попадают в печень, где из них синтезируется гликоген. При нормальном смешанном питании от 3 до 5% глюкозы превращается в гликоген, 25% — в жиры, 70% окисляется до СО₂ и Н₂О. В мышцах также синтезируется гликоген. Распад гликогена является основным источником энергии мышечного сокращения. Гормоны адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени. Согласованное действие этих гормонов сохраняет определенный уровень глюкозы в крови.

Обмен жиров

Образовавшиеся в результате пищеварительных процессов глицерин и высокомолекулярные органические кислоты попадают при всасывании в эпителиальные клетки ворсинок тонкой кишки. Здесь осуществляется синтез жиров. Они поступают в виде мельчайших капелек в лимфатические сосуды. Лимфа переносит жиры в кровь, затем они могут поступить в клетки. Жиры содержа! наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии Половина энергетических затрат печени, почек, находящихся в покое сердечной и скелетной мышц обеспечиваются за счет окисления жирных кислот и глицерина. Из липидов строятся оболочки клеток, липиды входят в состав медиаторов и гормонов, образуют жировые отложения в подкожной клетчатке, сальнике и других тканях и по мере необходимости используются организмом. Суточная потребность в жирах составляет 70—80 г. В пищу человека входят жиры животного и растительного происхождения. Избыточное употребление в пищу жира или углеводов и белков приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25—30% углеводов пищи превращаются в жиры. В регуляции жирового обмена существенную роль играют гормоны желез внутренней секреции — надпочечников, гипофиза, щитовидной железы.

Водно-солевой обмен

Водно-солевой обмен обеспечивает поступление воды и солей в организм, их распределение во внутренних средах и выделение. Суточное потребление человеком воды составляет около 2500— 3000 мл. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000—1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл). В организме человека ²/₃ общего количества воды приходится на внутриклеточную жидкость и ¹/₃ — на внеклеточную. Часть внеклеточной воды находится в сосудистом русле (около 5% от массы тела), большая же часть внеклеточной воды находится вне сосудистого русла, это тканевая жидкость (около 5% от массы тела). Кроме того, различают свободную воду, связанную воду (удерживаемую коллоидами в клетках) и конституционную (внутримолекулярную) воду, входящую в состав молекул белков, жиров и углеводов и освобождающуюся при их окислении. Разные ткани характеризуются различным соотношением свободной, связанной и конституционной воды. За сутки почками выводится 1000—1400 мл воды, кишечником — около 200 мл; с потом и испарением через кожу человек теряет около 500 мл, с выдыхаемым воздухом — около 400 мл. Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе. Системы регуляции водносолевого обмена обеспечивают поддержание общей концентрации электролитов (натрия, калия, кальция, магния) и ионного состава внутриклеточной и внеклеточной жидкости на одном и том же уровне. Организм нуждае1ся в поступлении не только воды, но и минеральных веществ. В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г калия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15—20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мышечной тканей. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых ферментов; в соединении с кальцием и магнием образует костный скелет. Железо необходимо в составе гемоглобина, миоглобина, а также ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк — поджелудочной; фтор придает прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В₁₂; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

Витамины

Витамины — это соединения, которые не являются ни источником энергии, ни структурными составляющими тканей, однако незаменимы для роста и развития организма, а также для нормального хода обмена веществ. Витамины поступают вместе с пищей в готовом виде или в форме провитаминов, которые в процессе обмена веществ в организме становятся биологически активными. Некоторые витамины синтезируются микробной флорой кишечника. Разные витамины действуют по-разному, но все они, непосредственно или косвенно, влияют на процессы обмена веществ на клеточном уровне, часто являясь составной частью ферментов или биологически активных веществ. Дефицит хотя бы одного витамина в организме человека вызывает гиповитаминоз, а полное отсутствие — болезнь под названием авитаминоз. Даже незначительный дефицит витаминов может являться причиной различных нарушений и увеличивает риск возникновения различных болезней. Употребление слишком большого количества некоторых витаминов или значительная передозировка вредны не меньше, поскольку могут привести к заболеванию — гипервитаминозу, напоминающему по симптомам отравление. Авитаминоз и гиповитаминоз могут возникать не только при отсутствии витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания, а также при подавлении микрофлоры кишечника антибиотиками.

Витамины делят на жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (В₁, В₂, В₆, В₁₂, РР, С и др.). Всего в настоящее время известно около 50 витаминов (табл. 29.1).

Таблица 29.1

Важнейшие витамины

Витамин	Физиологическое воздействие и гиповитаминозы	Источники (пищевые продукты)	Суточная норма
А	Влияет на зрение, рост и развитие. Участвует в образовании зрительного пигмента. При авитаминозе — нарушение сумеречного зрения (куриная слепота), повреждение роговицы глаз, сухость эпителия и его ороговение	Животные жиры, мясо, печень, яйца, молоко Источники каротина, из которого образуется витамин А, — морковь, абрикосы, крапива	1,5 мг
D	Регулирует обмен кальция и фосфора При недостатке в детском возрасте развивается рахит (нарушается процесс костеобразования). Образуется в коже год влиянием ультрафиолетовых лучей	Рыбий жир, яичный желток, печень	2,5 мкг
Е	Обладает противоокислительным действием на внутриклеточные липиды. При недостатке — развивается дистрофия скелетных мышц, ослабляется половая функция	Растительное масло, салат	10-15 мг
К	Участвует в синтезе протромбина, способствует нормальной свертываемости крови. При недостатке — понижается свертываемость крови Синтезируется микрофлорой кишечника	Шпинат, салат, капуста, томаты, морковь	0,2-0,3 мг
В1	Участвует в обмене углеводов, жиров, белков, в проведении нервного импульса. При недостатке — расстройство двигательной активности, параличи, нарушение работы желудочно-кишечного тракта	Зерновые и бобовые культуры, печень, куриный желток	1,5-2 мг
В2	Участвует в клеточном дыхании. При недостатке — помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки	Пивные дрожжи, печень, сырые яйца, зерновые и бобовые культуры, томаты	2-3 мг
РР (В3)	Участвует в клеточном дыхании, нормализует функции желудочно-кишечного тракта, печени. При недостатке — развивается пеллагра (воспаление кожи, понос, слабоумие). Может синтезироваться из триптофана	Дрожжи, отруби, пшеница, рис, ячмень, арахис	15 мг
В6	Обмен белков, синтез ферментов, обеспечивающих обмен аминокислот, влияет на кроветворение. При недостатке — заболевания кожи, анемия, судороги. Синтезируется микрофлорой кишечника	Печень, почки, куриный желток, зерновые, бобовые	1,5-3 мг
В12	Обмен белков, синтез ферментов, обеспечивающих обмен аминокислот, влияет на кроветворение. При недостатке — заболевание кожи, анемия, судороги. Синтезируется микрофлорой кишечника	Печень, почки, куриный желток, зерновые и бобовые	1,5-3 мг