Значение обмена веществ в организме. Регуляция и возрастные особенности обмена веществ. Витамины.

 

Обмен веществ - основное свойство живых организмов. У всех организмов, от самых примитивных до самого сложного - человеческого организма, обмен веществ и энергии - основа жизни. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идёт непрерывный процесс образования сложных веществ из простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ. входящих в состав клеток организма. Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают. другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д. Рост, обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организм непрерывно поступают кислород и питательные вещества. Питательные вещества - это строительный материал, из которого строится организм. Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как сердце, желудочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а также для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию организм получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. таким образом, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим материалом, но и источником энергии, так необходимой для жизни.

Обмен веществ (метаболизм) - сложный комплекс различных взаимозависимых и взаимообусловленных процессов, которые происходят в организме с момента поступления в него этих веществ и до момента их выделения. Сущность процесса обмена веществ заключается во взаимосвязи организма с внешней средой. Обмен веществ представляет собой единство двух процессов - ассимиляции и диссимиляции.

Метаболизм:

- Анаболизм (ассимиляция- синтез органических веществ с участием ферментов. Этот процесс называют пластическим обменом. Происходит накопление энергии).

- Катаболизм (диссимиляция - распад органических веществ с участием ферментов. Этот процесс называют энергетическим обменом. Происходит освобождение энергии. За счёт энергии строятся новые клетки, обновляются старые, работает сердце человека, совершается умственная и физическая работа).

Процессы ассимиляции и диссимиляции неотделимы друг от друга. При усилении процессов ассимиляции, особенно при росте молодого организма, значительно усиливаются и процессы диссимиляции. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные органические вещества: белки, жиры, углеводы расщепляются до более простых. Они всасываются через слизистую оболочку кишечника в кровь и лимфу, приносятся в клетки. При переваривании высвобождается энергия. В клетках происходит синтез веществ, свойственных организму, которые идут на осуществление жизненно важных процессов.

Обмен белков. Белки - это органические вещества, обладающие большой молекулярной массой, состоящие из последовательно соединённых аминокислот. Двадцать встречающихся в живом организме аминокислот могут многократно повторяться, сочетаться в различной последовательности, что обусловливает существование большого количества различных белков. В живом организме постоянно происходит синтез и распад белков.

 

фермент трипсин в тонком кишечнике кишечнике

фермент пепсин в в желудке

аминокислоты

пептиды

белки пищи

 

 

							синтез в клетках организма

                                                                                            

 

 

1 г белка при расщеплении даёт 17,6 кДж. О количестве белка, получаемого с пищей или выделяемого из организма. можно судить по количеству потреблённого или выделенного азота. Из питательных веществ только белки содержат азот. Понятие «азотистый баланс2 означает разницу в количестве азота, введённого в организм с пищей и выведенного с мочой, калом и потом. Различают биологически полноценные и неполноценные белки. Белки, которые содержат все необходимые для нормального протекания в организме процесса синтеза аминокислот, называют полноценными, а в которых нет нужного набора аминокислот - неполноценными. Особенно ценны для организма те аминокислоты, которые не образуются в живом организме. Таких аминокислот 10, их называют незаменимыми, т. к. каждая их них несёт в организме специфическую функцию и недостаток её поступления может вызвать те или инее расстройства его деятельности. Белки являются главным строительным материалом клетки, источником энергии, необходимы для осуществления защитных функций, образуют ферменты и гормоны. регулируя процессы, протекающие в организме.

Потребность в белке у растущего организма больше, чем у взрослого, т. к. он необходим для формирования новых клеток и тканей. Синтез белка в развивающем организме преобладает над его распадом. Чем меньше возраст ребёнка, тем большее количество белка требуется на каждый килограмм массы тела. Потребность у мальчиков в белках больше. чем у девочек. Особенно необходимо, чтобы дети получали с пищей достаточные количества незаменимых аминокислот. поэтому у детей в возрасте от 1 до 3 лет 75% белка, получаемого с пищей, должно быть животного происхождения, а 25 % - растительного. С увеличением возраста содержание в пище белков животного происхождения должно уменьшаться, а в пище 5- летнего ребёнка количество того и другого белка должно быть одинаковым. В пище детей старшего школьного возраста, как и у взрослого, животный белок должен составлять 30%, а растительный - 70%.

Обмен углеводов. Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Углеводы являются основным энергетическим материалом для организма, а также выполняют пластическую функцию, участвуя в формировании клеточных мембран, межклеточного вещества. Различают простые углеводы - моносахариды и сложные - полисахариды. Из моносахаридов особое значение имеют глюкоза, фруктоза и рибоза; из полисахаридов - крахмал, гликоген и клетчатка.

 

 

Г глюкозы

углекислый газ, вода

гликокаликс, гликоген

при расщепле-

Нии даёт

КДж.

Организм ребёнка испытывает большую потребность в углеводах, т. к. интенсивность гликолиза в нём очень высока, на 35% выше, чем у взрослых. В тое время синтез углеводов из жиров и белков в растущем организме выражен очень слабо, а запасы углеводов невелики, и они быстро истощаются. Выносливость к сахару у детей больше, чем у взрослых. При избытке глюкозы интенсивно синтезируется гликоген, который откладывается не только в печени, но и в других органах.

Обмен жиров. Жиры представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина. Жирные кислоты могут быть насыщенными (пальмитиновая и стеариновая) и ненасыщенными (олеиновая и линолевая). Растительные жиры отличаются большим содержанием ненасыщенных жирных кислот. Жиры выполняют в организме строительную функцию, входя в состав клеточных мембран, энергетическую и являются растворителями некоторых необходимых для организма витаминов.

 

углекислый газ и вода

липоиды

1 г жира при расщеп-

Лени даёт 38,9 кДж.

 

Потребность организма детей в жирах тем выше, чем меньше возраст ребёнка. В первые 6 месяцев жизни на каждый килограмм массы тела требуется 6-7 г жиров, в возрасте от 6 месяцев до 4 лет - 3,5 -4 г. в дошкольном и школьном возрасте - 2- 2,5 г. Во время развития организма количество фосфолипидов в нервной системе увеличивается, а в период старения - уменьшается.

Взаимное превращение веществ в организме. Превращения веществ идут на ферментных системах клеток печени.

 

		белки

 

 

Регуляция обмена веществ. Механизм регуляции обмена веществ осуществляется нервно-гуморальным путём.

Отдел промежуточного мозга - гипоталамус регулирует обмен белков, жиров, углеводов, воды, солей. обмена тепла и потребления пищи. В гуморальной регуляции обмена веществ принимают участие, а иногда оказывают решающее влияние железы внутренней секреции (щитовидная железа, гипофиз), поджелудочная железа (эндокринная её часть, выделяющая гормон инсулин).

Обмен воды и минеральных солей. Вода необходима для нормальной жизнедеятельности организма как обязательная составная часть всех клеток и среда, в которой протекают все химические реакции. Вода выполняет транспортную, структурную функцию, участвует в теплорегуляции, является растворителем и реагентом. Длительное существование без воды невозможно, и смерть, как правило, наступает через несколько суток. В теле взрослого организма вода составляет 2/3 его массы и такое же количество от всей воды, имеющейся в организме, находится внутри клеток. Суточная потребность в воде- 40 г на 1 кг массы. В организм вода поступает в виде жидкостей (1,5 л), с другими пищевыми продуктами (1,5 л) и около 350 мл образуется в тканях в результате окислительных процессов. Выделение воды происходит через почки, кожу, лёгкие и кишечник. Минеральные вещества необходимы для поддержания определённой пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот, входят в состав ферментов, участвуют в поддержании осмотического давления и активной реакции крови и тканей. Все минеральные вещества по их количественному содержанию в организме делят на макроэлементы и микроэлементы. К макроэлементам относятся: кальций, калий, натрий, фосфор, хлор, сера. Они содержатся в организме в сравнительно большом количестве. К микроэлементам относят алюминий, медь, кобальт, цинк, марганец, кремний, молибден, железо, магний. Минеральные вещества находятся в различных органах в неодинаковом количестве. Например, в костях скелета сосредоточено 99% кальция, 87% фосфора и 58% магния от общего их количества, имеющегося в организме. Наибольшее количество йода находится в щитовидной железе, железа - в печени, калия - в мышцах. Обмен минеральный веществ очень интенсивен. Они постоянно выделяются из организма и минеральный состав тканей должен обновляться за счёт поступления минеральных веществ с пищей. Потребность организма в минеральных веществах в разных возрастных периодах неодинакова. Особенно велика потребность у детей в кальции и фосфоре, которые необходимы для формирования костной ткани. Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни и в период полового созревания. Растущий организм весьма чувствителен к содержанию в пище меди, кобальта, железа, марганца, цинка. Потребность в натрии, калии и хлоре у детей меньше, чем у взрослых. Соли фосфорной кислоты - для нормальной деятельности нервной и мышечной систем. Содержатся в орехах, хлебе, крупах, печени, рыбе, яйцах.. Соли магния нормализуют деятельность сердечно-сосудистой системы. Содержатся в морской рыбе, гречневой крупе, хлебе грубого помола. Соли калия усиливают мочеотделение, повышают возбудимость нервной и мышечной тканей. Содержатся в тыкве, кабачках, арбузе, яблоках, кураге, изюме, капусте. Соли меди и железа оказывают влияние на процессы кроветворения. Содержатся в печени, селезёнке. хлебе, орехах, фруктах и фруктовых соках. Соли йода оказывают влияние на работу щитовидной железы. Содержатся в морской капусте, морепродуктах. Соли брома нормализуют деятельность нервной системы. Содержатся в мясной пище.

Обмен энергии. Согласно закону сохранения энергии, энергия не возникает и не исчезает бесследно, а переходит из одного вида энергии в другой.

                                       Химическая

 

          химические связи органических веществ пищи

                       окисление органических веществ

 

электрическая                    химическая                 механическая

передача информации     (биосинтез АТФ,     (сокращение ске

по нервным волокнам      белков, жиров и      летных мышц,

с помощью импульса)      углеводов)               сердца, диафраг

                                                                                       мы)

 

 

                                                тепловая

поддержание постоянной температуры тела, выделение избытка тепла в окружающую среду.

 

 Об интенсивности обмена веществ судят по количеству энергии, отдаваемой организмом за определённый промежуток времени, чаще всего за сутки. Одним из методов изучения количества энергии, освобождающейся при обмене веществ, является прямая калориметрия. Сущность этого метода заключается в том, что испытуемого человека помещают в очень большой калориметр, оборудованный радиаторами, куда поступает вода определённой температуры. Протекая по радиаторам, вода нагревается под действием теплоты, выделяемой организмом. По разности температур поступающей в радиатор воды и выходящей из них, а также по её массе судят о том, сколько энергии отдал организм за тот или иной промежуток времени. Другой метод- это непрямая калориметрия, т. е. определение количества освободившейся энергии по количеству поглощённого из воздуха кислорода и выделенного в него углекислого газа. Оказывается, что на совершение полезной работы организм затрачивает 16-20% всей освободившейся энергии. Остальная энергия превращается в теплоту, которая необходима для поддержания постоянной температуры нашего организма. Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических трат называют основным обменом. Для каждого человека основной обмен является относительной величиной и находится в прямой зависимости от возраста, пола, состояния нервной системы, климатических условий. У детей величина основного обмена выше, чем у взрослых. Наибольшего уровня достигает в 4-5 лет. В период полового созревания также повышен, а затем понижается. Расход энергии на движения и трудовую деятельность называют рабочей прибавкой. Она определяется преимущественно мышечной работой, её интенсивностью и продолжительностью. Например, чтение вслух - 6,3 кДж, мытьё посуды- 8,4 кДж, подметание пола - 10,1 кДж.

Витамины. Для обеспечения жизнедеятельности организма недостаточно присутствия в пище белков, жиров и углеводов. Есть ещё и такие вещества, которые способствуют укреплению здоровья, увеличивают сопротивляемость организма простудным и инфекционным заболеваниям, повышают работоспособность. Эти вещества называют витаминами. В нашем организме витамины играют важную физиологическую роль. Они превращаются в коферменты, без присутствия которых не могут функционировать ферменты. Большинство витаминов образуются в растениях. Вместе с растительной пищей витамины попадают в организм человека и животных. Пониженное содержание витаминов в пище приводит к гиповитаминозу, а полное их отсутствие - к авитаминозу. Авитаминозу у детей обычно предшествует гиповитаминоз, сопровождающийся головными болями, появлением раздражительности, апатией, ухудшением аппетита, снижением работоспособности, замедлением роста. Первое предположение о том. что в растительных продуктах содержатся вещества, предохраняющие от цинги, было высказано в 1820 году русским военно-морским врачом Петром Вишневским. В 1880 г. русский врач Н. И. Лунин, который занимался экспериментальным изучением влияния различных пищевых веществ на организм животных, сделал открытие. Мыши, питавшиеся натуральной пищей, были вполне здоровыми, росли и развивались нормально, в то время как мыши, питавшиеся очищенной смесью питательных веществ (белков, жиров, углеводов), плохо развивались, болели и погибали. Н. И. Лунин пришёл к выводу, что в натуральной пище, помимо питательных веществ, содержатся ещё какие -то вещества, имеющие жизненно важное значение. Но только через 30 лет после открытия Н. И. Лунина, в 1911 г., польский врач К. Функ получил из рисовых отрубей кристаллическое вещество, которому дал название витамин (вита- жизнь, мин- остаток аммиака). В настоящее время известно около 50 витаминов. Их принято делить на две группы: растворимые в жирах (А, Д, Е, К и др. ) и растворимые в воде (С, Р, витамины группы В,РР).

                                   Значение витаминов.

	Источники получения	Функции	Проявление гипо- или авитаминоза
А	Жир печени трески, палтуса, млекопитающих. Каротин в шпинате, красном перце, в абрикосах, моркови, петрушке	Для нормального роста и развития эпителиальной ткани. Входит в зрительный пигмент родопсин	Куриная слепота- нарушение сумеречного зрения. Кожа становится сухой
Д	Жир печени рыб, яичный желток, сливочное масло, молоко, синтезируется в коже под действием ультрафиолетовых лучей	Участвует в кальциевом и фосфорном обмене. Необходим для образования костей и зубов	Рахит- деформация костей, нарушения нервной системы, раздражительность, слабость, потливость
С	Овощи, плоды, фрукты, ягоды	Участвует в обменных процессах, образовании здоровой кожи, укреплении сосудов	Цинга - набухают и кровоточат десны, выпадают зубы. Слабость, вялость, утомляемость, головокружение, потеря сопротивляемости организма к простудным заболеваниям
В1	Печень, зерновые и бобовые культуры, пивные дрожжи	Регуляция углеводного обмена веществ, участие в тканевом дыхании и передаче возбуждения нервной системе	Бери-бери - поражение нервной системы, отставание в росте, слабость и паралич конечностей и дыхательных мышц
В2	Яйца, сыр, молоко, мясо, зерновые и бобовые культуры	Оказывает влияние на ЦНС, обмен белков, жиров и углеводов. Обеспечивает световое и цветовое зрение	Слабость, снижение аппетита, шелушение кожи, воспаление слизистых оболочек, нарушение функций зрения
В6	Овощи, зерновые и бобовые культуры, мясо, печень, яйца, молоко	Участие в обмене аминокислот, жиров	Анемия, судороги, дерматит, расстройство пищеварения
В12	Продукты животного происхождения, особенно печень	Участие в синтезе РНК, обеспечивает кроветворную функцию организма	Злокачественная анемия и дегенеративные изменения нервной ткани
РР	Мясо, печень, почки, рисовые отруби и пшеничные зародыши	Участие в белковом обмене и реакциях клеточного дыхания	Пеллагра - поражение кожи. Дерматит, диарея, бессонница, депрессия
К	Шпинат, крапива, капуста, синтезируется микрофлорой кишечника	Регулирует процесс свёртывания крови	Скорость свёртывания крови понижается

 

                                        Вопросы и задания.

1. Составьте глоссарий, т. е. словарик терминов лекции. Давая свои пояснения к понятиям, постарайтесь не дублировать материал, а сделать собственное краткое описание.

2.  В чём заключается связь между внутриклеточным обменом веществ и обменом организма с окружающей средой?

3. Что такое основной обмен?

4. Как совершается в организме белковый, жировой и углеводный обмен?

5. Можно ли сказать о большей значимости какого-либо обмена веществ: белкового, углеводного, жирового, минеральных солей и воды?

6. Объясните, почему обмен веществ - это основное условие жизни живых организмов?

7. На какие группы делятся витамины?

8. Какова роль витаминов в жизнедеятельности организма?

 

Литература.

1. Бодрова Н. Ф.Изучение курса «Человек и его здоровье». Воронеж. 2002.

2. Жилов Ю.Д., Куценко Г. И., Назарова Е. Н. Основы медико-биологических знаний. М. 2001.

3. Петришина О. Л. Анатомия, физиология и гигиена детей младшего школьного возраст. М. 1979.

4. Резанов Е. А. Антонова И. П., Резанов А. А. Биология человека в таблицах, рисунках, схемах. М. 2000.

5. Сапин М. Р., Сивоглазов В. И. Анатомия и физиология человека с возрастными особенностями детского организма. М. 1997.

6. Хрипкова А. Г. Анатомия, физиология и гигиена человека. М. 1975.

7. Яценко В. Н., Воеводская Н. В.  Руководство к лабораторным занятиям по возрастной физиологии для студентов 2 курса факультета биологии. Мичуринск. 2003

 

 

Лекция 3