Особенности обмен веществ у разных организмов. Обмен веществ и энергии, его возрастные особенности

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.

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.

В результате освоения данной главы студент должен: знать

• этапы обмена веществ и энергии: анаболизм и катаболизм;
• характеристику общего и основного обмена;
• специфическое динамическое действие пищи;
• способы оценки энергозатрат организма;
• возрастные особенности обмена веществ; уметь
• объяснять значение обмена веществ для организма человека;
• связывать возрастные особенности обмена веществ с расходом энергии в разные возрастные периоды;

владеть

Знаниями об участии пищевых веществ в обмене веществ.

Характеристика обмена веществ в организме

Обмен веществ, или метаболизм (от греч. metabole - превращение), - это совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. В обмене веществ и энергии выделяют два противоположных взаимосвязанных процесса: анаболизм, лежащий в основе ассимиляции , и катаболизм, основу которого составляет диссимиляция.

Анаболизм (от греч. anabole - подъем) - совокупность процессов синтеза тканевых и клеточных структур, а также необходимых для жизнедеятельности организма соединений. Анаболизм обеспечивает рост, развитие и обновление биологических структур, накопление энергетического субстрата. Энергия накапливается в виде высокоэнергетических фосфатных соединений (макроэргов), таких как АТФ.

Катаболизм (от греч. katabole - сбрасывание вниз) - совокупность процессов распада тканевых и клеточных структур и расщепления сложных соединений для энергетического и пластического обеспечения процессов жизнедеятельности. При катаболизме высвобождается химическая энергия, которая используется организмом для поддержания структуры и функции клетки, а также для обеспечения специфической клеточной активности: сокращения мышц, выделения секрета желез и т.д. Конечные продукты катаболизма - вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. - удаляются из организма.

Таким образом, катаболические процессы поставляют энергию и исходные вещества для анаболизма. Анаболические процессы необходимы для построения и восстановления структур и клеток, формирования тканей в процессе роста, для синтеза гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности организма. Для реакций катаболизма они поставляют подлежащие расщеплению макромолекулы. Процессы анаболизма и катаболизма взаимосвязаны и находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста, состояния здоровья, выполняемой физической или психической нагрузки. У детей преобладание анаболических процессов над катаболическими характеризует процессы роста и накопления массы тканей. Наиболее интенсивное увеличение массы тела наблюдается в первые три месяца жизни - 30 г/сутки. К году она снижается до 10 г/сутки, в последующие годы снижение продолжается. Энергетическая стоимость роста также наиболее велика в первые три месяца и составляет около 140 ккал/сутки или 36% энергетической ценности пищи. От трех лет и до периода полового созревания она снижается до 30 ккал/сутки, а затем вновь возрастает - до 110 ккал/сутки. Анаболические процессы более интенсивны у взрослых людей в период выздоровления после болезни. Преобладание катаболических процессов характерно для людей старых или истощенных тяжелой длительной болезнью. Как правило, это связано с постепенным разрушением тканевых структур и выделением энергии.

Суть обмена веществ состоит в поступлении в организм различных питательных веществ из внешней среды, усвоении и использовании их в качестве источников энергии и материала для построения структур организма и выделении образующихся в процессе жизнедеятельности продуктов обмена во внешнюю среду. В связи с этим выделяют четыре основные составляющие функции обмена".

• извлечение энергии из окружающей среды в форме химической энергии органических веществ;
• превращение питательных веществ, поступающих с нищей, в более простые вещества, из которых образуются макромолекулы, составляющие компоненты клеток;
• сборка белков, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов из этих веществ;
• синтез и разрушение молекул, необходимых для выполнения различных специфических функций организма.

Обмен веществ в организме происходит в несколько этапов. Первый этап - превращение пищевых веществ в пищеварительном тракте. Здесь сложные вещества нищи расщепляются до более простых - глюкозы, аминокислот и жирных кислот, способных всасываться в кровь или лимфу. При расщеплении питательных веществ в ЖКТ выделяется энергия, которая получила название первичной теплоты. Она используется организмом для поддержания температурного гомеостаза.

Второй этап превращения веществ проходит внутри клеток организма. Это так называемый внутриклеточный, или промежуточный , обмен. Внутри клетки продукты первого этапа обмена - глюкоза, жирные кислоты, глицерин, аминокислоты - окисляются и фосфорилируются. Эти процессы сопровождаются высвобождением энергии, большая часть которой запасается в макроэргичсских связях АТФ. Продукты реакции обеспечивают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекулярных компонентов. Решающая роль при этом принадлежит многочисленным ферментам. При их участии внутри клетки осуществляются сложные химические реакции окисления и восстановления, фосфорилирования, переаминирования и др. Обмен веществ в клетке возможен лишь при интеграции всех сложных биохимических превращений белков, жиров и углеводов при участии общих для них источников энергии (АТФ) и за счет существования общих предшественников или общих промежуточных веществ. Общий энергетический запас клетки образуется за счет реакции биологического окисления.

Биологическое окисление бывает аэробным и анаэробным. Аэробные (от лат. аег - воздух) процессы требуют наличия кислорода, осуществляются в митохондриях и сопровождаются накоплением большого количества энергии, покрывающей основные энерготраты организма. Анаэробные процессы протекают без участия кислорода, в основном в цитоплазме и сопровождаются накоплением небольшого количества энергии в виде АТФ, используемой для удовлетворения ограниченных кратковременных потребностей клетки. Так, для мышечной ткани взрослого человека характерны аэробные процессы, в то время как в энергетическом обмене плода и детей первых дней жизни преобладают анаэробные процессы.

При полном окислении 1 М глюкозы или аминокислот образуется 25,5 М АТФ, а при полном окислении жиров - 91,8 М АТФ. Энергия, запасенная в АТФ, используется организмом для совершения полезной работы и превращается во вторичную теплоту. Таким образом, энергия, высвобождаемая при окислении питательных веществ в клетке, в конечном счете, превращается в тепловую энергию. В результате аэробного окисления продукты питательных веществ превращаются в С0 2 и Н 2 0, безвредные для организма.

Однако в клетке может происходить и прямое соединение кислорода с окисляемыми веществами без участия ферментов, получившее название свободнорадикального окисления. При этом образуются высокотоксичные для организма свободные радикалы и перекиси. Они повреждают мембраны клетки и разрушают структурные белки. Предупреждением такого вида окисления является употребление в пищу витаминов Е, А, С и др., а также микроэлементов (Se и др.), которые превращают свободные радикалы в стабильные молекулы и предупреждают образование ядовитых перекисей. Это обеспечивает нормальное течение биологического окисления в клетке.

Конечный этап обмена веществ - выделение продуктов распада с мочой и экскретами потовых и сальных желез.

Пластический и энергетический обмены выступают в организме как единое целое, однако роль различных пищевых веществ в их осуществлении неодинакова. У взрослого человека продукты расщепления жиров и углеводов в основном используются для обеспечения энергетических процессов, а белков - для построения и восстановления структур клеток. У детей в связи с интенсивным ростом и развитием организма в пластических процессах участвуют углеводы. Биологическое окисление служит источником не только богатых энергией фосфатов, но и углеродных соединений, используемых при биосинтезе аминокислот, углеводов, липидов и других компонентов клетки. Этим объясняется значительно более высокая интенсивность энергетического обмена у детей.

Вся энергия химических связей поступающих в организм питательных веществ в итоге превращается в тепло (первичную и вторичную теплоту), поэтому по количеству образовавшегося тепла можно судить о величине энергетических затрат для осуществления жизнедеятельности.

Для оценки энергозатрат организма применяются методы прямой и непрямой калориметрии, с помощью которых можно определить количество тепла, выделенного организмом человека. Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, которое организм выделяет в окружающую среду (например, за час или за сутки). С этой целью человека помещают в специальную камеру - калориметр (рис. 12.1). Стенки калориметра омывает вода, по температуре нагрева которой судят о количестве выделенной энергии. Прямая калориметрия обеспечивает высокую точность оценки энергозатрат организма, но из-за громоздкости и сложности этот способ используется только для специальных целей.

Для определения энергозатрат человека чаще используется более простой и доступный метод непрямой калоримет-

Рис. 12.1.

Калориметр используется для исследований, проводимых на человеке. Суммарная выделяющаяся энергия состоит из: 1) возникающего тепла, измеряемого по повышению температуры воды, протекающей в змеевике камеры; 2) скрытой теплоты парообразования, измеряемой но количеству водяных паров, извлекаемых из окружающего воздуха первым поглотителем Н 2 0; 3) работы, направленной на объекты, находящиеся вне камеры. Потребление 0 2 измеряется по его количеству, которое приходится добавлять, чтобы содержание его в камере оставалось постоянным

рии - по данным газообмена. Учитывая, что общее количество энергии, выделяемой организмом, является результатом распада белков, жиров и углеводов, а также зная количество энергии, выделяемой при распаде каждого из этих веществ (их энергетическую ценность), и количество распавшихся веществ за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Чтобы установить, какие вещества подверглись в организме окислению (белки, жиры или углеводы), вычисляют дыхательный коэффициент (ДК), под которым понимают отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. При наличии сведений об объемах поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа метод косвенной калориметрии называется «полным газовым анализом». Для его выполнения необходима аппаратура, позволяющая определить объем углекислого газа. В классической биоэнергетике с этой целью используют мешок Дугласа, газовые часы, а также газоанализатор Холдена, в котором существуют поглотители углекислого газа и кислорода. Метод позволяет оценить процентное соотношение 0 2 и С0 2 в исследуемой пробе воздуха. По данным измерений рассчитывается объем поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа.

Разберем сущность этого метода на примере окисления глюкозы. Суммарная формула распада углеводов выражается уравнением

Для жиров ДК равен 0,7. При окислении белковой и смешанной пищи величина ДК принимает промежуточное значение: между 1 и 0,7.

Испытуемый берет в рот мундштук мешка Дугласа (рис. 12.2), его нос закрывают зажимом, и весь выдыхаемый за определенный промежуток времени воздух собирается в резиновый мешок.

Объем выдыхаемого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа. Содержание газов во вдыхаемом воздухе известно. По разности в процентах вычисляют количество потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и ДК:

Зная величину ДК, находят калорический эквивалент кислорода (КЭО2) (табл. 12.1), т.е. количество тепла, образующегося в организме при потреблении 1 л кислорода.

Рис. 12.2.

Умножив значение КЭ0 2 на количество литров потребленного 0 2 , получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого определялся газообмен.

По ней определяют суточную величину обмена.

В настоящее время существуют автоматические газоанализаторы, позволяющие одновременно определить объем потребляемого 0 2 и объем выдохнутого С0 2 . Однако большинство имеющихся медицинских приборов позволяет определить лишь объем поглощенного 0 2 , поэтому в практике широко используется метод косвенной калориметрии , или неполный газовый анализ. В этом случае определяется лишь объем поглощенного 0 2 , поэтому расчет ДК невозможен. Условно принимают, что в организме окисляются углеводы, белки, жиры. Считается, что ДК в этом случае равен 0,85. Ему соответствует КЭ0 2 , равный 4,862 ккал/л. Дальнейшие расчеты проводятся, как и при полном газовом анализе.

Таблица 12.1

Значение ДК и КЭ0 2 при окислении в организме различных питательных веществ

В ДЕТСКОМ ВОЗРАСТЕ

И.С. Григ ВолГМУ

ПЕРИОДЫ РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА

Внутриутробный (антенатальный) период.

Период новорожденности (неонатальный период).

Период грудного возраста.

Ранний детский возраст.

Дошкольный возраст.

Младший школьный возраст.

Старший школьный возраст (пубертатный период).

В процессе роста детского организма происходят не только количественные, но и качественные изменения обмена веществ и энергии.

Каждому возрастному периоду

соответствует определенное соотношение

пластических и энергетических процессов.

Процессы анаболизма у детей преобладают над процессами катаболизма.

Общая характеристика обменных процессов в детском возрасте

Превалирование анаболических процессов требует большего поступления пластического материала и энергии.

У детей –положительный азотистый баланс,

положительный баланс минеральных веществ (на 1 году жизни). В процессе роста у ребенка происходит становление и созревание

обменных процессов. Выражением этого являются лабильность обмена, неустойчивость гомеостаза.

Рост и развитие ребенка подчинены генетической программе, которая дополняется регуляторными влияниями нейроэндокринной системы.

Критические периоды развития. Гомеорезис

Критические периоды развития отделяют

периоды онтогенеза (в период внутриутробного развития – 1 и последний триместры беременности, перинатальный период – переход на внеутробное существование, грудной возраст, ранний детский возраст, дошкольный и пубертатный периоды), когда происходит

качественная перестройка обмена веществ или изменяется интенсивность процессов обмена.

Критические периоды характеризуются высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней среды.

Гомеорезис

Гомеорезис - способность стабилизировать темпы роста и возвращаться к заданной генетической программе развития, если оно было временно остановлено болезнью или длительным голоданием ребенка.

Гомеорезис - поддержание постоянства развивающейся системы в отличие от гомеостаза взрослого организма.

Гомеорезис – проявление генной регуляции роста и анаболической направленности процессов обмена веществ в организме ребенка.

Cвоеобразие метаболизма различных возрастных групп детей

Многие показатели, которые считаются физиологическими в одном возрастном периоде, являются патологическими в

другом периоде роста.

Каждый период жизни ребенка характеризуется определенной направленностью химических

превращений в его органах и тканях, т.е.

формируется своеобразие метаболизма, присущее конкретному возрасту ребенка.

Преобладание анаболических процессов

(синтез белка, гликогена, жирных кислот, триацилглицеролов и т.д.). Направленность метаболических процессов - обеспечение плода энергетическими резервами (гликоген, ТАГ).

В последние 3 месяца внутриутробной жизни - депонирование жира в организме плода в количестве 600 – 700 г.

Формирование плаценты (система мать –

плацента – плод). Функции плаценты: защитная, транспортная, барьерная, депонирующая, эндокринная и др.

Биохимическая характеристика внутриутробного периода развития. Метаболизм плода

Образование фетоплацентарной эндокринной системы, включающей организм матери, плаценту, которая становится ЖВС, и плод.

Гормоны плаценты

1. Хорионический гонадотропин, по действию близок

лютеинезирующему гормону гипофиза, поддерживает существование желтого тела.

2. Прогестерон.

3. Эстрогены (в наибольшем количестве эстриол). Синтез

эстриола осуществляется в единой системе плод – плацента. Уровень эстрогенов в моче отражает состояние плода. Снижение их экскреции указывает на тяжелую патологию или даже гибель плода.

4. Плацентарные лактогены (плацентарный гормон роста),

обладает биологическими свойстами пролактина и гормона роста.

Биохимическая характеристика внутриутробного периода развития. Метаболизм плода

Своеобразие метаболизма плода – усиление

анаэробного распада глюкозы, нарастание метаболического ацидоза.

Образование бурой жировой ткани,

выполняющей функцию терморегуляции.

Транзиторные состояния периода новорожденности – физиологическая азотемия, физиологическая желтуха, физиологическая протеинурия и т. д.

Процессы обмена веществ и энергии особенно интенсивно идут во время роста и развития детей и подростков, что является одной из характерных черт растущего организма. На этом этапе онтогенеза пластические процессы значительно преобладают над процессами разрушения, и только у взрослого человека между этими процессами обмена веществ и энергии устанавливается динамическое равновесие. Таким образом, в детстве преобладают процессы роста и развития или ассимиляции, в старости – процессы диссимиляции. Эта закономерность может нарушаться в результате различных заболеваний и действия других экстремальных факторов окружающей среды.

Обмен белков. Отсутствие в пище любой из незаменимых аминокислот вызывает серьезные нарушения жизнедеятельности организма, особенно растущего. Белковое голодание приводит к задержке, а затем и к полному прекращению роста и физического развития.

Для растущего организма потребности в белке значительно выше, чем у взрослого. На первом году постнатального развития ребенок должен получать более 4 г белка на 1 кг массы тела, в 2-3 года – 4 г, в 3-5 лет – 3,8 г и т. д.

Обмен жиров и углеводов. Потребности детей и подростков в жирах имеют свои возрастные особенности. Так, до 1,5 года потребности в растительных жирах нет, а общая потребность составляет 50 г в день, с 2 до 10 лет потребность в жирах увеличивается 80 г в день, а в растительных – до 15 г, в период полового созревания потребность в жирах у юношей составляет 110 г в сутки, а у девушек – 90 г, причем потребность в растительных жирах у обоих полов одинакова – 20 г в сутки.

Потребности в углеводах детей и подростков значительно меньше, особенно в первые годы жизни. Так, до 1 года потребность в углеводах составляет 110 г в сутки, от 1,5 до 2 лет – 190 г, в 5-6 лет – 250 г, в 11-13 лет – 380 г и у юношей – 420 г, а у девушек – 370 г. В детском организме наблюдается более полноценное и быстрое усвоение углеводов и большая устойчивость к избытку сахара в крови.

Водно-солевой обмен. Содержание воды в детском организме значительно выше, особенно на первых этапах развития Общая потребность в воде детей и подростков возрастает по мере роста организма. Если годовалому ребенку необходимо в день примерно 800 мл воды, то в 4 года – 1000 мл, в 7-10 лет – 1350 мл, а в 11-14 лет – 1500 мл.

Минеральный обмен. Потребности взрослого и ребенка в минеральных веществах значительно отличаются, недостаток минеральных веществ в пище ребенка более быстро приводит к различным нарушениям обменных реакций и соответственно к нарушению роста и развития организма. К концу периода полового созревания потребность в микроэлементах немного снижается.

Витамины. Они требуются для нашего организма в ничтожно малых количествах, но их отсутствие приводит организм к гибели, а недостаток в питании или нарушение процессов их усвоения – к развитию различных заболеваний, называемых гиповитаминозами.

Известно около 30 витаминов, влияющих на различные стороны обмена веществ, как отдельных клеток, так и всего организма в целом. Это связано с тем, что многие витамины являются составной частью ферментов. Следовательно, отсутствие витаминов вызывает прекращение синтеза ферментов и соответственно нарушение обмена веществ.

Человек получает витамины с пищей растительного и животного происхождения. Для нормальной жизнедеятельности человеку из 30 витаминов необходимо обязательно поступление 16-18. Растущий организм обладает высокой чувствительностью к недостатку витаминов в пище. Наиболее распространенным гиповитаминозом среди детей является заболевание, называемое рахитом.Оно развивается при недостатке в детском питании витамина D и сопровождается нарушением формирования скелета. Встречается рахит у детей до 5 лет.

Следует также отметить, что поступление в организм избыточного количества витаминов может вызвать серьезные нарушения его функциональной деятельности и даже привести к развитию заболеваний, получивших название гипервитаминозы.Поэтому не следует злоупотреблять препаратами витаминов и включать их в питание только по рекомендации врача.

Энергетический обмен. Обмен веществ в организме тесно связан с превращением энергии. Одним из важнейших показателей интенсивности обменных процессов в организме является величина основного обмена,которая зависит от возраста, пола и массы.

В среднем величина основного обмена у мужчин составляет в сутки 7140-7560 кДж, а у женщин 6430-6800 кДж. Интенсивность обменных реакций у детей в пересчете на 1 кг массы тела или 1 м 2 его поверхности значительно выше, чем у взрослых, хотя абсолютные величины меньше. Так, у мальчиков 8 лет величина основного обмена в пересчете на 1 м 2 поверхности составляет 6190 кДж, а у девочек – 5110 кДж. Далее с возрастом величина основного обмена уменьшается и у юношей 15 лет она составляет – 4800 кДж, у девушек – 4480 кДж.

Зная энергетические затраты организма, можно составить оптимальный пищевой рацион так, чтобы количество энергии, поступающее с пищей, полностью покрывало энергетические расходы организма. Для детей и подростков особенно важным является состав пищи, так как детский организм для нормального развития и роста нуждается в определенном количестве белков, жиров, углеводов, минеральных солей, воды и витаминов.

7. Терморегуляция, её возрастные особенности

Терморегуляция (греч. thermē тепло и лат. regulare упорядочивать) – совокупность физиологических процессов в организме человека, направленных на поддержание постоянной температуры тела (в норме 36,0-37,0 0 С).

Температура тела зависит от теплопродукции и теплоотдачи.

Теплопродукция, т. е. выработка тепла в организме, зависит от интенсивности обмена веществ. Теплоотдача с поверхности тела во внешнюю среду осуществляется несколькими способами: путем изменения интенсивности кровообращения, потовыделения, выделение тепла с выдыхаемым воздухом, а также с мочой и калом. У детей, особенно грудного возраста, теплоотдача повышена вследствие обильного кровоснабжения кожи, тонкости самой кожи, и незрелости центра терморегуляции (при охлаждении взрослого организма вследствие понижения температуры окружающей среды, сосуды его кожи рефлекторно суживаются, что позволяет сохранить тепло).

В норме терморегуляция осуществляется рефлекторно. Центр терморегуляции находится в гипоталамусе.

Если процесс теплопродукции преобладает над процессом теплоотдачи, происходит перегревание организма, вплоть до теплового удара . Если процесс теплоотдачи преобладает над теплопродукцией, наступает переохлаждение организма.

Нарушение терморегуляции наблюдается при лихорадке, сопровождающей воспалительные и инфекционные болезни, расстройствах кровообращения, употреблении алкоголя и др.

У новорождённых и грудных детей терморегуляция окончательно не сформирована (теплоотдача преобладает над теплопродукцией).

Изотермия – выравнивание в процессе онтогенеза температуры тела ребёнка со взрослым организмом – развивается постепенно, лишь к 5-му году жизни. Созревание системы терморегуляции в постнатальном онтогенезе тесно связано с созреванием механизмов нейроэндокринной регуляции и реализацией позы стояния, с созреванием скелетной мускулатуры. К моменту рождения терморегуляторные механизмы даже у недоношенных детей уже могут включаться в работу: усиленное теплообразование преимущественно недрожательного происхождения, сосудистые реакции, потоотделение, поведенческие реакции. В связи с тем, что механизмы терморегуляции функционируют у ребёнка с момента рождения, его закаливание необходимо начинать как можно раньше.

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое обмен веществ и какие процессы он включает?

2. Перечислите функции белков.

3. Что такое незаменимые аминокислоты?