Особливості обміну речовин у різних організмів. Обмін речовин та енергії, його вікові особливості

Правильний обмін речовинта енергії забезпечують життєдіяльність людського організму. Але люди схильні до виникнення різних захворювань. Чому таке трапляється, і яке відношення до хвороб має обмін речовин, ви дізнаєтесь із цієї статті.

Що потрібно знати про обмін речовин

Що таке обмін речовин? Це діяльність організму, внаслідок якої тканини, органи та системи органів отримують необхідні поживні речовини (жири, вуглеводи та білки) та виводять продукти розпаду організму (солі, непотрібні хімічні сполуки). Якщо ці процеси налагоджено працюють у організмі, проблем зі здоров'ям у людини немає, і, навпаки, при порушеннях метаболізму розвиваються різні захворювання.

Навіщо потрібні поживні речовини організму? У організмі людини відбувається безперервний, інтенсивний синтез, тобто складні хімічні сполуки утворюються з найпростіших в органах, тканинах і на клітинному рівні. Одночасно безперервний другий процес - процес розпаду та окислення органічних сполук, які не потрібні більше організму і виводяться з нього. Цей комплексний процес обміну речовин забезпечує життєдіяльність, освіту та зростання нових клітин, а поживні речовини є будівельним матеріалом всіх органів і систем в цілому.

Поживні речовини не тільки потрібні для побудови тканин та органів, але й для інтенсивної, налагодженої роботи всіх систем – серцево-судинної, дихальної, ендокринної, сечостатевої систем та шлунково-кишкового тракту. Це енергія, яка надходить в організм людини при окисленні та розпаді органічних сполук в обмінному процесі. Тому поживні речовини – вагоме джерело енергії, яка потрібна на безперебійну діяльність всього організму.

Якщо говорити про види поживних речовин, то білки, а саме їх ферменти, є основним матеріалом для будови та зростання органів. Жири та вуглеводи призначені для вироблення та покриття витрат енергії. Усі види поживних речовин, включаючи мінеральні речовини та вітаміни, повинні надходити в організм у певній щоденній кількості. Нестача вітамінів або норма, що перевищує допустиму, веде до розладів у роботі цілого організму та провокує різні хвороби. Тому роль обміну речовин, безумовно, значуща для організму переважають у всіх сенсах цього терміну.

Коли метаболізм порушений та уповільнений, часто виникає проблема зайвої ваги. Багато хто питає: «Чи можна прискорити процес обміну речовин?». Безперечно, але треба докласти чимало сил для досягнення бажаного результату. Так, мріючи мати ідеальну вагу і багато жінок вдаються до виснажливих тренувань і спортивних вправ. Звичайно, фізичні навантаження здатні наростити м'язову масу, винищуючи жирові відкладення, але потрібен комплексний підхід до схуднення, включаючи збалансоване харчування. Регулярне вживання зеленого чаю сприяє прискоренню метаболізму, що підтверджено відомими дієтологами.

Багато хто бажає змінити свою вагу неординарними способами. Деякі навіть починають курити, оскільки вважають, що куріння сприяє спалюванню жирів. Справді, організм витрачає запаси жиру відновлення організму від тютюнових отрут. У цьому випадку потрібно подумати, чи варто жертвувати здоров'ям всього організму заради зникнення кількох кілограмів.

Часто спадкові хвороби провокують набирання зайвої ваги та уповільнення обмінного процесу. Так, ожиріння спостерігається у хворих на цукровий діабет, внаслідок порушення роботи щитовидної залози. Найчастіше ці хвороби передаються за генами дітям. Тому найоптимальніший варіант дієтичного харчування призначає лікар ендокринолог.

Вікові особливості обміну речовин

Потреба у поживних речовинах дитячого організму набагато вища, ніж дорослу людину. Тому відзначається інтенсивний обмін речовин, де процеси анаболізму (синтезу) та катаболізму (розпаду) проходять набагато швидше, ніж в організмі дорослого. Оскільки відбувається інтенсивне зростання клітин та розвиток молодого організму, білка як будівельного матеріалу потрібно у два, а то й у більше разів, ніж дорослій людині. Так, якщо дитині до 4 роківпотрібна добова норма 30 ... 50г, то 7-річному потрібно до 80г білка на добу. Ферменти білків у організмі організму не накопичуються, як жири. Якщо збільшити добову дозу білків, це загрожує розладами травлення.

Разом із жирами потрапляють в організм і необхідні для життєдіяльності гормони та вітаміни. Їх поділяють на дві основні групи: ті, які розщеплюються за допомогою жирів і ті, яким потрібна лише вода. Чим менший вік дитини, тим більше відсотків жирів необхідно для її розвитку. Так, немовля з молоком матері отримує приблизно 90%, організм старшої дитини засвоює 80%. Засвоюваність жирів безпосередньо залежить від кількості вуглеводів, дефіцит яких призводить до різних небажаних змін травлення, підвищення кислотності в організмі. Саме достатня денна норма жирів сприяє зміцненню імунітету.

Вуглеводи потрібні дитячому організму у великій кількості. З віком збільшується і потреба зростаючого організму в них. Перевищення норми вуглеводів піднімає цукор у крові в дитини лише кілька годин після прийому вуглеводів, далі рівень нормується. Тому небезпека захворіти на цукровий діабет практично виключається, у дорослих все навпаки.

Обмін речовин у людей старшого покоління суттєво змінюється, оскільки це пов'язано із гормональними змінами в організмі. Уповільнюються 2 основні етапи метаболізму: процеси синтезу та розпаду сполук. Так, людям після 60 потрібно обмежити вживання білків з їжею. Тому вживання м'яса слід обмежити, але не зовсім. Оскільки літні схильні до частих закрепів і проблем із кишечником, їм корисно приймати кисломолочні продукти, сирі овочі та фрукти. Жиров краще вживати щонайменше, краще – рослинні. Вуглеводами також не слід захоплюватися (мається на увазі солодощі, але солодкі фрукти можна).

Неправильне харчування, вікові зміни, старіння органів, тканин та клітин ускладнює та гальмує метаболізм в організмі. Тому люди похилого віку повинні помірно харчуватися і вести активний спосіб життя.

Вступ

1. Маса та сила м'язів у різному віці

2. Вікові особливості обміну речовин

3. Вікова динаміка основного обміну

4. Біохімічне обґрунтування методики занять фізичною культурою та спортом з дітьми та підлітками.

5. Біохімічне обґрунтування методики занять фізичною культурою з особами похилого віку.

Використана література

Вступ

Методика занять фізичними вправами з особами різного віку характеризується рядом відмінних рис. В основі цих відмінностей лежать особливості зростаючого, зрілого та старіючого організму. Особливо обережним треба бути при заняттях фізичною культурою з дітьми та особами похилого віку. Це пов'язано з найбільшою вразливістю зростаючого та старіючого організму до різноманітних впливів, у тому числі і фізичних вправ.

Розрізняють такі вікові періоди:

1. Дитячий вік – від народження до початку періоду статевого дозрівання (12-13 років).

2. Підлітковий вік (період статевого дозрівання) – від 12-13 до 16 років у дівчаток та від 13-14 до 17-18 років у хлопчиків.

3. Юнацький вік – від 16 до 25 років у жінок та від 17 до 26 років у чоловіків.

4. Дорослий вік – від 25 до 40 років у жінок та від 26 до 45 років у чоловіків. Період відносної стабілізації морфологічних та обмінних процесів.

5. Зрілий вік – від 40 до 55 років у жінок та від 45 до 60 років у чоловіків. 6. Літній вік – від 55 до 75 років у жінок та від 60 до 75 років у чоловіків.

7. Старечий вік - понад 75 років у жінок та чоловіків. Починає розвиватись загальна інволюція організму.

Період зростання характеризується неінтенсивним, синтезом білка та нуклеїнових кислот. Відбувається збільшення відсоткового відношення м'язової тканини до ваги тіла. Інтенсивний синтез білків та нуклеїнових кислот потребує значних енергетичних витрат. Для дитини характерна також підвищена рухова активність і значні втрати втрати (відношення поверхні тіла до ваги у дітей вище, ніж у дорослих). Це також вимагає значних витрат енергії. Для організму, що росте, характерні знижені анаеробні можливості. Це пов'язано з відносно низьким вмістом креатинфосфату та глікогену, обмеженими буферними можливостями організму, меншою стійкістю до продуктів анаеробного обміну.

Для старіючого організму характерне загальне зниження інтенсивності обмінних процесів, значне зниження пластичного обміну. Процес розпаду білків починає переважати їх синтезом, що призводить до зниження вмісту загального білка та її фракцій у клітинах і рідинах організму. Атрофуються багато нервових, м'язових та ін. клітин, знижується вміст та активність білків-ферментів, вміст гемоглобіну крові та міоглобіну м'язів. Знижується вміст мобільних джерел енергії, зменшуються буферні можливості та стійкість ферментів до змін рН внутрішнього середовища.

До старості збільшується вміст солей у кістковій тканині, що знижує їхню еластичність і підвищує ламкість. Знижується еластичність та міцність зв'язок, погіршується кровопостачання м'язів та інших органів та тканин. Все це робить небезпечним для здоров'я виконання інтенсивних вправ швидкісного та швидкісно-силового характеру: спринтерського бігу, різних стрибків, вправ з великим обтяженням тощо. - підвищення активності ферментів енергетичного обміну, постачання працюючих м'язів енергетичними субстратами тощо.

Завдання фізичних вправ у похилому віці – уповільнити розвиток вікових змін та зберегти працездатність.

Особам похилого віку всебічно впливати на організм, помірна інтенсивність роботи та достатній час для відпочинку.

МАСА І СИЛА М'ЯЗІВ У РІЗНОМУ ВІКУ

Механізм м'язового скорочення.

Скелетні м'язи мають такі властивості, як збудливість, провідність і скоротливість. Порушення та скорочення м'яза викликається нервовими імпульсами, що надходять із нервових центрів. Нервові імпульси, що надходять в область контакту нерва і м'язи, призводять до виділення медіатора ацетилхоліну, що викликає потенціал дії. Під впливом потенціалу дії відбувається звільнення кальцію, що запускає всю систему м'язового скорочення. У присутності іонів Са під впливом активного ферменту міозину починається розщеплення аденозинтрифосфату (АТФ), що є основним джерелом енергії при скороченням м'язів. При передачі цієї енергії на міофібрили білкові нитки починають переміщатися щодо один одного, внаслідок чого змінюється довжина міофібрил – м'язи скорочуються. М'язи діють на кісткові важелі, наводять їх у рух. У кожному русі бере участь кілька м'язів. М'язи, які у одному напрямі, називаються синергистами, які у різних напрямах – антагоністами.

Маса та сила м'язів у різні вікові періоди

Сила м'язів залежить від особливостей прикріплення їх до кісток. Кістки разом з м'язами, що прикріплюються до них, є своєрідними важелями, і м'яз може розвивати тим більшу силу, чим далі від точки опори важеля і ближче до точки докладання сили тяжіння вона прикріплюється. Людина м'язова сила становить 5-10 кг. на 1 см фізіологічного діаметра м'яза.

У ранньому дитинстві м'язи тулуба розвиваються значно швидше за м'язи верхньої і нижньої кінцівки. До року м'язи верхньої кінцівки розвиненіші, ніж м'язи нижньої кінцівки. До 4-5 років м'язи плеча та передпліччя обганяють у розвитку м'язи кисті. Прискорення розвитку м'язів кисті відбувається у 6-7 років, коли дитина привчається до праці та письма. Розвиток м'язів – згиначів починає випереджати розвиток м'язів – розгиначів. У згиначів маса більша, ніж у розгиначів.

Маса м'язів інтенсивно наростає, коли дитина починає ходити і до 2-3 років становить приблизно 23% маси тіла, далі підвищується до 8-ми років до 27%. У підлітків 15 років вона становить 326% маси тіла. Найшвидше маса м'язів наростає у віці від 15 до 17-18 років і становить 44,2%.

Збільшення м'язової маси досягається їх подовженням, і збільшенням їх товщини, переважно з допомогою діаметра м'язових волокон. До 3-4 років діаметр м'язів зростає у 2-2,5 рази. З віком різко збільшується кількість міофібрил. До 7 років у порівнянні з новонародженим воно збільшується у 15-20 разів. У період від 7 до 14 років зростання м'язової тканини відбувається як за рахунок структурних перетворень м'язового волокна, так і у зв'язку із значним зростанням сухожилля.

Збільшення м'язової маси та структурні перетворення (розтяжність, еластичність) м'язових волокон призводять до збільшення з віком м'язової сили. У дошкільному віці сила м'язів незначна. Після 4-5 років збільшується сила окремих груп м'язів. Найбільш інтенсивно м'язова сила збільшується у підлітковому віці. У хлопчиків приріст сили починається у 13-14 років, у дівчаток - з 10-12 років. У 13-14 років виявляються статеві відмінності у м'язовій силі, показники відносної сили м'язів дівчаток значно поступаються відповідним показникам хлопчиків.

У 18 років зростання сили сповільнюється та до 25-26 років закінчується.

Сила м'язів, що здійснюють розгинання тулуба, досягає максимуму 16 років. Максимум сили розгиначів та згиначів верхніх та нижніх кінцівок відзначається у 20-30 років.

У людей похилого віку середня маса скелетних м'язів зменшується до 25-30% від маси тіла.

Розрахунок величини максимальної сили 1 кг. ваги тіла дозволяє оцінити досконалість нервової регуляції, хімізму та будови м'язів. Зазначено, що у віці від 4-5 до 6-7 років наростання максимальної сили майже супроводжується змінами її відносного показника. Причиною зазначеного зростання є недосконалість нервової регуляції та функціональна незрілість мотонейронів, що не дозволяють ефективно мобілізувати збільшену до цього віку м'язову масу. Надалі у віці після 6-7 до 9-11 років для м'язів зростання відносної сили стає особливо помітним. У цей час спостерігаються швидкі темпи вдосконалення нервового регулювання довільної м'язової діяльності, а також зміни біохімічної та гістологічної структури м'язів. Це становище підтверджується тим, що у віковий період від 4 до 30 років м'язова маса зростає у 8 разів, а сила м'язів у 9-14 разів.

ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ ОБМІНУ РЕЧОВИН

1.Білковий обмін в організмі, що розвивається.

Процеси зростання, кількісними показниками яких є збільшення маси тіла та рівень позитивного азотистого балансу – одна сторона розвитку. Друга його сторона - диференціація клітин та тканин, біохімічною основою якого є синтез ферментативних, структурних та функціональних білків.

Білки синтезуються з амінокислот, які надходять із органів травної системи. Причому ці амінокислоти поділяються на незамінні та замінні. Якщо незамінні амінокислоти (лейцин, метіонін та триптофан та ін.) не надходять з їжею, то в організмі синтез білків порушується. Особливо важливо надходження незамінних амінокислот для організму, що росте, наприклад, відсутність лізину в їжі призводить до затримки росту, виснаження м'язової системи, недолік валіну - розладів рівноваги у дитини.

За відсутності замінних амінокислот у їжі можуть синтезуватися з незамінних (тирозин може синтезуватися з фенилаланіну).

І нарешті, білки, що містять весь необхідний набір амінокислот, що забезпечують нормальні процеси синтезу, відносяться до повноцінних білків. Біологічна цінність одного й того ж білка для різних людей різна залежно від стану організму, харчового режиму, віку.

Здатність утримувати азот у дітей схильна до значних індивідуальних коливань і зберігається протягом усього періоду прогресивного зростання.

Як правило, дорослим людям не властива здатність до затримки азоту їжі, їхній метаболізм перебуває у стані азотистої рівноваги. Це свідчить про те, що потенційні можливості до синтезу білків зберігаються тривалий час - так, під впливом фізичного навантаження відбувається наростання маси м'язів (позитивний азотистий баланс).

У періоди стабільного і регресивного розвитку, по досягненню максимальної ваги та припинення зростання, основну роль починають грати процеси самооновлення, що відбуваються протягом усього життя і які до старості загасають набагато повільніше, ніж інші види синтезу.

Вікові зміни зачіпають не тільки білковий, але також жировий та вуглеводний обмін.

2.Вікова динаміка обміну жирів та вуглеводів.

Фізіологічна роль ліпідів - жирів, фосфатидів і стеринів в організмі полягає в тому, що вони входять до складу клітинних структур (пластичний обмін), а також використовуються як багаті джерела енергії (енергетичний обмін). Вуглеводи в організмі мають значення енергетичного матеріалу.

З віком змінюється жировий та вуглеводний обмін. У процесах зростання та диференціювання жири відіграють істотну роль. Особливо важливими є жироподібні речовини, насамперед тому, що вони необхідні для морфологічного та функціонального дозрівання нервової системи, для утворення всіх видів клітинних мембран. Ось чому потреба у них у дитячому віці велика. При нестачі вуглеводів у їжі жирові депо в дітей віком швидко виснажуються. Інтенсивність синтезу значною мірою залежить від характеру живлення.

Фази стабільного та регресивного розвитку характеризуються своєрідною переорієнтацією анаболічних процесів: перемикання анаболізму із синтезу білків на синтез жирів, що становить одну з характерних рис вікових змін метаболізму при старінні.

В основі вікової переорієнтації анаболізму у бік накопичення жиру в ряді органів лежить зниження здатності тканин до окислення жиру, внаслідок чого при незмінній і навіть зниженій швидкості синтезу жирних кислот організм збагачується жирами (так, спостерігалося розвиток ожиріння навіть за 1-2 разового харчування). Безперечним є і те, що в переорієнтації процесів синтезу, крім факторів харчування та нервової регуляції, має велике значення зміна гормонального спектру, зокрема зміни у швидкості утворення соматотропного гормону, гормонів щитовидної залози, інсуліну, стероїдних гормонів.

Перебудовується з віком та вуглеводний обмін. Діти обмін вуглеводів відбувається з більшою інтенсивністю, що пояснюється високим рівнем обміну речовин. У дитячому віці вуглеводи виконують як енергетичну, а й пластичну функцію, формуючи клітинні мембрани, речовини сполучної тканини. Вуглеводи беруть участь в окисленні продуктів білкового та жирового обміну, чим сприяють підтримці кислотно-лужної рівноваги в організмі.

Вуглеводи засвоюються дитячим організмом краще, ніж дорослим. Одним із суттєвих показників вікових змін вуглеводного обміну є різке збільшення до старості часу усунення гіперглікемії, спричиненої введенням глюкози при пробах на цукрове навантаження.

3. Водно-сольовий обмін.

Перетворення речовин в організмі відбувається у водному середовищі, разом із мінеральними речовинами вода бере участь у побудові клітин та служить реагентом у клітинних хімічних реакціях. Концентрація мінеральних солей, розчинених у воді, обумовлює величину осмотичного тиску крові та тканинної рідини, маючи таким чином велике значення для всмоктування та виділення. зміни кількості води в організмі та зрушення в сольовому складі рідини тіла та тканинних структур спричиняють порушення стійкості колоїдів, наслідком чого можуть бути незворотні порушення та загибель окремих клітин і далі організму в цілому. Саме тому збереження постійної кількості води та мінерального складу є необхідною умовою нормальної життєдіяльності.

У фазі прогресивного зростання вода бере участь у процесах творення маси тіла. Відомо, наприклад, що з добового збільшення маси тіла в 25 г на частку води припадає 18, білка - 3, жиру - 3 і мінеральних солей - 1 г. Чим молодший організм, тим більша добова потреба у воді. У перші півроку життя потреба дитини у воді досягає 110-125 г на 1 кг ваги, до 2 років вона знижується до 115-136 г, у 6 років – 90-100 г, 18 років – 40-50 г. Діти здатні швидко втрачати а також швидко депонувати воду.

Загальною закономірністю індивідуальної еволюції є зменшення води переважають у всіх тканинах. З віком відбувається перерозподіл води у тканинах – збільшується об'єм води у міжклітинних просторах та зменшується об'єм внутрішньоклітинної води.

Баланс багатьох мінеральних солей залежить від віку. У молодості вміст більшості неорганічних солей менший, ніж у дорослих. Особливе значення має обмін кальцію та фосфору. Підвищені вимоги до вступу цих елементів в дітей віком до року пояснюються посиленим утворенням кісткової тканини. Але не менше значення ці елементи мають і на старості. Тому людям похилого віку необхідно вводити в раціон харчування продукти, що містять ці елементи (молоко, молочні продукти), щоб уникнути витрачання цих елементів з кісткової тканини. А вміст хлориду натрію, навпаки, слід знижувати у раціоні у зв'язку з ослабленням продукції мінералокортикоїдів у надниркових залозах з віком.

4.Вікова динаміка основного обміну

Під основним обміном розуміється мінімальний для організму рівень обміну речовин та енергетичних витрат за строго постійних умов: за 14-16 годин до їди, в положенні лежачи в стані м'язового спокою при температурі 8-20 С. У людини середнього віку основний обмін становить 4187 Дж на 1 кг маси на 1 год. У середньому це 7-7,6 МДж на добу. При цьому для кожної людини величина основного обміну є відносно постійною.

Основний обмін у дітей інтенсивніший, ніж у дорослих, тому що на одиницю маси у них припадає відносно велика поверхня тіла, і дисиміляції, а не асиміляції є переважаючими. Енергетичні витрати на зростання тим більше, ніж молодша дитина. Так що витрата енергії, пов'язана із зростанням, у віці 3 місяців становить 36%, у віці 6 міс. – 26%, 9 міс. - 21% загальної енергетичної цінності їжі.

У глибокій старості (фаза регресивного розвитку) спостерігається зменшення ваги тіла, і навіть зменшення лінійних розмірів тіла людини, основний обмін падає до низьких величин. Причому ступінь зниження основного обміну в цьому віці корелює, за даними різних дослідників про те, наскільки у старих людей виражені ознаки старезності та втрачено.

В онтогенезі варіює як середня величина енергетичного обміну, а й істотно змінюються можливості підвищення цього рівня умовах напруженої, наприклад, м'язової діяльності.

Підвищення тонусу скелетних м'язів за недостатньої активності центру блукаючого нерва протягом першого року життя сприяє підвищенню енергетичного обміну. Роль вікової перебудови діяльності скелетної мускулатури у поступовій динаміці енергетичного обміну особливо чітко виділяється щодо газообміну людей різного віку може спокою і за фізичної діяльності. Для прогресивного зростання збільшення обміну у спокої характеризується зниженням рівня основного обміну та вдосконаленням енергетичної адаптації до м'язової діяльності. У період стабільної фази зберігається високий обмін функціонального спокою і значно підвищується обмін під час роботи, досягаючи стабільного, мінімального рівня основного обміну. І в регресивній фазі, різниця між обміном функціонального спокою та основним обміном безперервно зменшується, подовжується час відпочинку.

Багато дослідників вважають, що зниження енергетичного обміну цілісного організму протягом онтогенезу зумовлено, насамперед, кількісними та якісними змінами метаболізму в самих тканинах, про величину яких судять за співвідношенням між основними механізмами звільнення енергії – анаеробним та аеробним. Це дозволяє з'ясувати потенційні можливості тканин генерувати та використовувати енергію макроергічних зв'язків.

В результаті освоєння даного розділу студент повинен: знати

• етапи обміну речовин та енергії: анаболізм та катаболізм;
• характеристику загального та основного обміну;
• специфічна динамічна дія їжі;
• способи оцінки енерговитрат організму;
• вікові особливості обміну речовин; вміти
• пояснювати значення обміну речовин організму людини;
• пов'язувати вікові особливості обміну речовин із витратою енергії у різні вікові періоди;

володіти

Знання про участь харчових речовин в обміні речовин.

Характеристика обміну речовин в організмі

Обмін речовин, або метаболізм(Від грец. metabole -перетворення - це сукупність хімічних і фізичних перетворень, що відбуваються в живому організмі і забезпечують його життєдіяльність у взаємозв'язку із зовнішнім середовищем. В обміні речовин та енергії виділяють два протилежні взаємопов'язані процеси: анаболізм, що лежить в основі асиміляції, та катаболізм, основу якого складає дисиміляція.

Анаболізм(Від грец. anabole -підйом) - сукупність процесів синтезу тканинних та клітинних структур, а також необхідних для життєдіяльності організму сполук. Анаболізм забезпечує зростання, розвиток та оновлення біологічних структур, накопичення енергетичного субстрату. Енергія накопичується у вигляді високоенергетичних фосфатних сполук (макроергів), таких як АТФ.

Катаболізм(Від грец. katabole -скидання вниз) - сукупність процесів розпаду тканинних та клітинних структур та розщеплення складних сполук для енергетичного та пластичного забезпечення процесів життєдіяльності. При катаболізмі вивільняється хімічна енергія, що використовується організмом підтримки структури і функції клітини, і навіть забезпечення специфічної клітинної активності: скорочення м'язів, виділення секрету залоз тощо. Кінцеві продукти катаболізму – вода, вуглекислий газ, аміак, сечовина, сечова кислота та ін – видаляються з організму.

Таким чином, катаболічні процеси постачають енергію та вихідні речовини для анаболізму. Анаболічні процеси необхідні для побудови та відновлення структур та клітин, формування тканин у процесі росту, для синтезу гормонів, ферментів та інших сполук, необхідних для життєдіяльності організму. Для реакцій катаболізму вони постачають макромолекули, що підлягають розщепленню. Процеси анаболізму і катаболізму взаємопов'язані і перебувають у організмі динамічної рівноваги.Стан рівноважного або нерівноважного співвідношення анаболізму і катаболізму залежить від віку, стану здоров'я, фізичного або психічного навантаження. У дітей переважання анаболічних процесів над катаболічними характеризує процеси зростання та накопичення маси тканин. Найбільш інтенсивне збільшення маси тіла спостерігається у перші три місяці життя – 30 г/добу. До року вона знижується до 10 г/добу, наступні роки зниження продовжується. Енергетична вартість зростання також найбільша у перші три місяці і становить близько 140 ккал/добу або 36% енергетичної цінності їжі. Від трьох років до періоду статевого дозрівання вона знижується до 30 ккал/добу, та був знову зростає - до 110 ккал/сутки. Анаболічні процеси більш інтенсивні у дорослих у період одужання після хвороби. Переважання катаболічних процесів характерне для людей старих або виснажених тяжкою тривалою хворобою. Як правило, це пов'язано з поступовим руйнуванням тканинних структур та виділенням енергії.

Суть обміну речовин полягає у надходженні в організм різних поживних речовин із зовнішнього середовища, засвоєнні та використанні їх як джерела енергії та матеріалу для побудови структур організму та виділення утворюються в процесі життєдіяльності продуктів обміну у зовнішнє середовище. У зв'язку з цим виділяють чотири основні складові функції обміну.

• вилучення енергії з довкілля у формі хімічної енергії органічних речовин;
• перетворення поживних речовин, що надходять з жебраків, на більш прості речовини, з яких утворюються макромолекули, що становлять компоненти клітин;
• збирання білків, нуклеїнових кислот та інших клітинних компонентів із цих речовин;
• синтез і руйнування молекул, необхідні виконання різних специфічних функцій організму.

Обмін речовин в організмі відбувається у кілька етапів. Перший етап -перетворення харчових речовин у травному тракті. Тут складні речовини жебраки розщеплюються до більш простих – глюкози, амінокислот та жирних кислот, здатних всмоктуватися у кров чи лімфу. При розщепленні поживних речовин у шлунково-кишковому тракті виділяється енергія, яка отримала назву первинної теплоти.Вона використовується організмом підтримки температурного гомеостазу.

Другий етапперетворення речовин проходить усередині клітин організму. Це так званий внутрішньоклітинний, або проміжний, обмін.Усередині клітини продукти першого етапу обміну – глюкоза, жирні кислоти, гліцерин, амінокислоти – окислюються та фосфорилюються. Ці процеси супроводжуються вивільненням енергії, більша частина якої запасається в макроергічних зв'язках АТФ. Продукти реакції забезпечують клітину будівельними блоками синтезу різноманітних молекулярних компонентів. Вирішальна роль у своїй належить численним ферментам. За їх участі всередині клітини здійснюються складні хімічні реакції окиснення і відновлення, фосфорилювання, переамінування та ін. загальних попередників чи загальних проміжних речовин. Загальний енергетичний запас клітини утворюється з допомогою реакції біологічного окиснення.

Біологічне окиснення буває аеробним та анаеробним. Аеробні(Від лат. аег -повітря) процеси вимагають наявності кисню, здійснюються в мітохондріях та супроводжуються накопиченням великої кількості енергії, що покриває основні енерговитрати організму. Анаеробніпроцеси протікають без участі кисню, переважно у цитоплазмі і супроводжуються накопиченням невеликої кількості енергії як АТФ, використовуваної задоволення обмежених короткочасних потреб клітини. Так, для м'язової тканини дорослої людини характерні аеробні процеси, тоді як в енергетичному обміні плода та дітей перших днів життя переважають анаеробні процеси.

При повному окисненні 1 М глюкози або амінокислот утворюється 25,5 М АТФ, а при повному окисненні жирів – 91,8 М АТФ. Енергія, запасена в АТФ, використовується організмом для здійснення корисної роботи і перетворюється на вторинну теплоту. Таким чином, енергія, що вивільняється при окисленні поживних речовин у клітині, зрештою, перетворюється на теплову енергію. В результаті аеробного окислення продукти поживних речовин перетворюються на С02 і Н20, нешкідливі для організму.

Однак у клітині може відбуватися і пряме з'єднання кисню з речовинами, що окислюються без участі ферментів, що отримала назву вільнорадикального окислення. При цьому утворюються високотоксичні для організму вільні радикали та перекиси. Вони ушкоджують мембрани клітини та руйнують структурні білки. Попередженням такого виду окислення є вживання в їжу вітамінів Е, А, С та ін, а також мікроелементів (Se та ін), які перетворюють вільні радикали на стабільні молекули і попереджають утворення отруйних перекисів. Це забезпечує нормальний перебіг біологічного окиснення у клітині.

Кінцевий етапобміну речовин - виділення продуктів розпаду із сечею та екскретами потових та сальних залоз.

Пластичний та енергетичний обміни виступають в організмі як єдине ціле, проте роль різних харчових речовин у їх здійсненні неоднакова. У дорослої людини продукти розщеплення жирів та вуглеводів в основному використовуються для забезпечення енергетичних процесів, а білків – для побудови та відновлення структур клітин. У дітей у зв'язку з інтенсивним зростанням та розвитком організму в пластичних процесах беруть участь вуглеводи. Біологічне окислення служить джерелом як багатих енергією фосфатів, а й вуглецевих сполук, використовуваних при біосинтезі амінокислот, вуглеводів, ліпідів та інших компонентів клітини. Цим пояснюється значно вища інтенсивність енергетичного обміну в дітей віком.

Вся енергія хімічних зв'язків поживних речовин, що надходять в організм, в результаті перетворюється на тепло (первинну і вторинну теплоту), тому за кількістю тепла, що утворився, можна судити про величину енергетичних витрат для здійснення життєдіяльності.

Для оцінки енерговитрат організму застосовуються методи прямої та непрямої калориметрії, за допомогою яких можна визначити кількість тепла, виділеного організмом людини. Пряма калориметріязаснована на вимірюванні кількості тепла, яке організм виділяє у навколишнє середовище (наприклад, за годину чи добу). З цією метою людину поміщають у спеціальну камеру - калориметр(Рис. 12.1). Стінки калориметра омиває вода, за температурою нагрівання якої судять про кількість виділеної енергії. Пряма калориметрія забезпечує високу точність оцінки енерговитрат організму, але через громіздкість і складність цей спосіб використовується тільки для спеціальних цілей.

Для визначення енерговитрат людини частіше використовується більш простий та доступний метод непрямий калоримет-

Рис. 12.1.

Калориметр використовується для досліджень, які проводяться на людині. Сумарна енергія, що виділяється, складається з: 1) виникає тепла, що вимірюється по підвищенню температури води, що протікає в змійовику камери; 2) прихованої теплоти пароутворення, що вимірюється за кількістю водяної пари, що витягуються з навколишнього повітря першим поглиначем Н 2 0; 3) роботи, спрямованої на об'єкти, що знаходяться поза камерою. Споживання 0 2 вимірюється за кількістю, яке доводиться додавати, щоб вміст його в камері залишалося постійним

рії -за даними газообміну. Враховуючи, що загальна кількість енергії, що виділяється організмом, є результатом розпаду білків, жирів і вуглеводів, а також знаючи кількість енергії, що виділяється при розпаді кожної з цих речовин (їх енергетичну цінність), і кількість речовин, що розпалися за певний проміжок часу, можна обчислити кількість енергії, що звільняється. Щоб встановити, які речовини зазнали в організмі окислення (білки, жири чи вуглеводи), обчислюють дихальний коефіцієнт(ДК), під яким розуміють відношення обсягу виділеної вуглекислоти до обсягу поглиненого кисню. Дихальний коефіцієнт виявляється різним при окисненні білків, жирів та вуглеводів. За наявності відомостей про обсяги поглиненого кисню та видихнутого вуглекислого газу метод непрямої калориметрії називається «повним газовим аналізом». Для виконання необхідна апаратура, що дозволяє визначити обсяг вуглекислого газу. У класичній біоенергетиці з цією метою використовують мішок Дугласа, газовий годинник, а також газоаналізатор Холдена, в якому існують поглиначі вуглекислого газу та кисню. Метод дозволяє оцінити відсоткове співвідношення 02 і С02 в досліджуваній пробі повітря. За даними вимірювань розраховується обсяг поглиненого кисню та видихнутого вуглекислого газу.

Розберемо сутність цього з прикладу окислення глюкози. Сумарна формула розпаду вуглеводів виражається рівнянням

Для жирів ДК дорівнює 0,7. При окисненні білкової та змішаної їжі величина ДК набуває проміжного значення: між 1 і 0,7.

Випробуваний бере в рот мундштук мішка Дугласа (мал. 12.2), його ніс закривають затискачем, і весь повітря, що видихається за певний проміжок часу, збирається в гумовий мішок.

Об'єм видихуваного повітря визначається за допомогою газового годинника. З мішка беруть пробу повітря та визначають у ній вміст кисню та вуглекислого газу. Зміст газів у повітрі, що вдихається, відомий. По різниці у відсотках обчислюють кількість спожитого кисню, виділеного вуглекислого газу та ДК:

Знаючи величину ДК, знаходять калоричний еквівалент кисню (КЕО2) (табл. 12.1), тобто. кількість тепла, що утворюється у організмі при споживанні 1 л кисню.

Рис. 12.2.

Помноживши значення КЭ0 2 на кількість літрів спожитого 0 2 отримують величину обміну за той проміжок часу, протягом якого визначався газообмін.

Нею визначають добову величину обміну.

В даний час існують автоматичні газоаналізатори, дозволяють одночасно визначити обсяг споживаного 0 2 і обсяг видихнутого С0 2 . Однак більшість наявних медичних приладів дозволяє визначити лише обсяг поглиненого 0 2 тому у практиці широко використовується метод непрямої калориметрії, або неповний газовий аналіз У цьому випадку визначається лише обсяг поглиненого 0 2 тому розрахунок ДК неможливий. Умовно сприймають, що у організмі окислюються вуглеводи, білки, жири. Вважається, що ДК у разі дорівнює 0,85. Йому відповідає КЭ0 2 , рівний 4,862 ккал/л. Подальші розрахунки проводяться, як і за повному газовому аналізі.

Таблиця 12.1

Значення ДК та КЭ0 2 при окисленні в організмі різних поживних речовин

У ДИТЯЧОМУ ВІКУ

І.С. Григ ВолДМУ

ПЕРІОДИ РОЗВИТКУ ДИТИНИ

Внутрішньоутробний (антенатальний) період.

Період новонародженості (неонатальний період).

Період грудного віку.

Ранній дитячий вік.

Дошкільний вік.

Молодший шкільний вік.

Старший шкільний вік (пубертатний період).

У процесі зростання дитячого організму відбуваються як кількісні, а й якісні зміни обміну речовин, і енергії.

Кожному віковому періоду

відповідає певне співвідношення

пластичних та енергетичних процесів.

Процеси анаболізму у дітей переважають процеси катаболізму.

Загальна характеристика обмінних процесів у дитячому віці

Превалювання анаболічних процесів потребує більшого надходження пластичного матеріалу та енергії.

У дітей -позитивний азотистий баланс,

Позитивний баланс мінеральних речовин (на 1 році життя). У процесі зростання у дитини відбувається становлення та дозрівання

обмінні процеси.Виразом цього є лабільність обміну, нестійкість гомеостазу.

Зростання та розвиток дитини підпорядковані генетичній програмі, яка доповнюється регуляторними впливами нейроендокринної системи

Критичні періоди розвитку. Гомеорезис

Критичні періоди розвитку відокремлюють

періоди онтогенезу(у період внутрішньоутробного розвитку – 1 та останній триместри вагітності, перинатальний період – перехід на позаутробне існування, грудний вік, ранній дитячий вік, дошкільний та пубертатний періоди), коли відбувається

якісна перебудова обміну речовин або змінюється інтенсивність обмінних процесів.

Критичні періоди характеризуються високою чутливістю впливу чинників довкілля.

Гомеорезис

Гомеорезис - здатність стабілізувати темпи зростання та повертатися до заданої генетичної програми розвитку, якщо вона була тимчасово зупинена хворобою або тривалим голодуванням дитини.

Гомеорезис - підтримка сталості системи, що розвивається на відміну від гомеостазу дорослого організму.

Гомеорезис – прояв генної регуляції зростання та анаболічної спрямованості процесів обміну речовин в організмі дитини.

Своєрідність метаболізму різних вікових груп дітей

Багато показників, які вважаються фізіологічними в одному віковому періоді, є патологічними.

іншому періоді зростання.

Кожен період життя дитини характеризується певною спрямованістю.

перетворень у його органах та тканинах, тобто.

формується своєрідність метаболізму, властиве конкретному віку дитини.

Переважання анаболічних процесів

(Синтез білка, глікогену, жирних кислот, триацилгліцеролів і т.д.). Спрямованість метаболічних процесів – забезпечення плода енергетичними резервами (глікоген, ТАГ).

Останні 3 місяці внутрішньоутробного життя - депонування жирув організмі плода у кількості 600 – 700 р.

Формування плаценти (система мати –

плацента – плід). Функції плаценти: захисна, транспортна, бар'єрна, депонуюча, ендокринна та ін.

Біохімічна характеристика внутрішньоутробного періоду розвитку. Метаболізм плода

Утворення фетоплацентарної ендокринної системи , Що включає організм матері, плаценту, яка стає ЖВС, та плід.

Гормони плаценти

1. Хоріонічний гонадотропін , за дією близький

лютеїнезуючий гормон гіпофізу, підтримує існування жовтого тіла.

2. Прогестерон.

3. Естрогени (у найбільшій кількості естріол). Синтез

естріол здійснюється в єдиній системі плід - плацента. Рівень естрогенів у сечі відбиває стан плода. Зниження їхньої екскреції вказує на важку патологію або навіть загибель плода.

4. Плацентарні лактогени(плацентарний гормон зростання),

володіє біологічними властивостями пролактину та гормону росту.

Біохімічна характеристика внутрішньоутробного періоду розвитку. Метаболізм плода

Своєрідність метаболізму плода – посилення

анаеробного розпаду глюкози, наростання метаболічного ацидозу

Утворення бурої жирової тканини,

виконує функцію терморегуляції.

Транзиторні стани періоду новонародженості – фізіологічна азотемія, фізіологічна жовтяниця, фізіологічна протеїнурія тощо.

Процеси обміну речовин та енергії особливо інтенсивно йдуть під час зростання та розвитку дітей та підлітків, що є однією з характерних рис зростаючого організму. На цьому етапі онтогенезу пластичні процеси значно переважають над процесами руйнування, і лише у дорослої людини між цими процесами обміну речовин та енергії встановлюється динамічна рівновага. Таким чином, у дитинстві переважають процеси зростання та розвитку чи асиміляції, у старості – процеси дисиміляції. Ця закономірність може порушуватися внаслідок різних захворювань та дії інших екстремальних факторів навколишнього середовища.

Обмін білків.Відсутність у їжі будь-якої з незамінних амінокислот викликає серйозні порушення життєдіяльності організму, що особливо зростає. Білкове голодування призводить до затримки, а потім і до повного припинення зростання та фізичного розвитку.

Для зростаючого організму потреби у білку значно вищі, ніж у дорослого. На першому році постнатального розвитку дитина повинна отримувати більше 4 г білка на 1 кг маси тіла, у 2-3 роки – 4 г, у 3-5 років – 3,8 г тощо.

Обмін жирів та вуглеводів.Потреби дітей та підлітків у жирах мають свої вікові особливості. Так, до 1,5 року потреби у рослинних жирах немає, а загальна потреба становить 50 г на день, з 2 до 10 років потреба у жирах збільшується 80 г на день, а у рослинних – до 15 г, у період статевого дозрівання потреба у жирах у юнаків становить 110 г на добу, а у дівчат – 90 г, причому потреба у рослинних жирах у обох статей однакова – 20 г на добу.

Потреби у вуглеводах дітей та підлітків значно менші, особливо у перші роки життя. Так, до 1 року потреба у вуглеводах становить 110 г на добу, від 1,5 до 2 років – 190 г, у 5-6 років – 250 г, у 11-13 років – 380 г та у юнаків – 420 г, а у дівчат – 370 р. У дитячому організмі спостерігається більш повноцінне та швидке засвоєння вуглеводів та більша стійкість до надлишку цукру в крові.

Водно-сольовий обмін.Зміст води в дитячому організмі значно вищий, особливо на перших етапах розвитку Загальна потреба у воді дітей та підлітків зростає у міру зростання організму. Якщо дитині необхідно в день приблизно 800 мл води, то в 4 роки - 1000 мл, в 7-10 років - 1350 мл, а в 11-14 років - 1500 мл.

Мінеральний обмін.Потреби дорослого та дитини на мінеральних речовинах значно відрізняються, нестача мінеральних речовин у їжі дитини швидше призводить до різних порушень обмінних реакцій і відповідно до порушення зростання та розвитку організму. До кінця періоду статевого дозрівання потреба у мікроелементах трохи знижується.

Вітаміни.Вони потрібні для нашого організму в мізерно малих кількостях, але їх відсутність призводить організм до загибелі, а недолік у харчуванні або порушення процесів їх засвоєння – до розвитку різних захворювань, які називаються гіповітамінозами.

Відомо близько 30 вітамінів, що впливають різні сторони обміну речовин, як окремих клітин, і всього організму загалом. Це з тим, що багато вітаміни є складовою ферментів. Отже, відсутність вітамінів викликає припинення синтезу ферментів і порушення обміну речовин.

Людина отримує вітаміни з їжею рослинного та тваринного походження. Для нормальної життєдіяльності людині із 30 вітамінів необхідно обов'язково надходження 16-18. Зростаючий організм має високу чутливість до нестачі вітамінів у їжі. Найбільш поширеним гіповітамінозом серед дітей є захворювання, зване рахітом. Воно розвивається при нестачі в дитячому харчуванні вітаміну D і супроводжується порушенням формування скелета. Зустрічається рахіт у дітей віком до 5 років.

Слід також зазначити, що надходження в організм надлишкової кількості вітамінів може викликати серйозні порушення його функціональної діяльності і навіть призвести до розвитку захворювань, що отримали назву гіпервітамінози.

Енергетичний обмін. Обмін речовин в організмі тісно пов'язаний із перетворенням енергії. Одним з найважливіших показників інтенсивності обмінних процесів в організмі є величина основного обміну, яка залежить від віку, статі та маси.

У середньому величина основного обміну в чоловіків становить добу 7140-7560 кДж, а й у жінок 6430-6800 кДж. Інтенсивність обмінних реакцій у дітей у перерахунку на 1 кг маси тіла або 1 м 2 його поверхні значно вища, ніж у дорослих, хоча абсолютні величини є меншими. Так, у хлопчиків 8 років величина основного обміну в перерахунку на 1 м 2 поверхні становить 6190 кДж, а у дівчаток – 5110 кДж. Далі з віком величина основного обміну зменшується і у юнаків 15 років вона становить – 4800 кДж, у дівчат – 4480 кДж.

Знаючи енергетичні витрати організму, можна скласти оптимальний харчовий раціон так, щоб кількість енергії, що надходить із їжею, повністю покривала енергетичні витрати організму. Для дітей та підлітків особливо важливим є склад їжі, оскільки дитячий організм для нормального розвитку та зростання потребує певної кількості білків, жирів, вуглеводів, мінеральних солей, води та вітамінів.

7. Терморегуляція, її вікові особливості

Терморегуляція (грец. thermē тепло та лат. regulare впорядковувати)- Сукупність фізіологічних процесів в організмі людини, спрямованих на підтримку постійної температури тіла (у нормі 36,0-37,0 0 С).

Температура тіла залежить від теплопродукції та тепловіддачі.

Теплопродукція, тобто вироблення тепла в організмі, залежить від інтенсивності обміну речовин. Тепловіддача з поверхні тіла у зовнішнє середовище здійснюється декількома способами: шляхом зміни інтенсивності кровообігу, потовиділення, виділення тепла з повітрям, що видихається, а також із сечею і калом. У дітей, особливо грудного віку, тепловіддача підвищена внаслідок рясного кровопостачання шкіри, тонкості самої шкіри та незрілості центру терморегуляції (при охолодженні дорослого організму внаслідок зниження температури навколишнього середовища, судини його шкіри рефлекторно звужуються, що дозволяє зберегти тепло).

У нормі терморегуляція здійснюється рефлекторно. Центр терморегуляції знаходиться у гіпоталамусі.

Якщо процес теплопродукції переважає процес тепловіддачі, відбувається перегрівання організму, аж до теплового удару. Якщо процес тепловіддачі переважає теплопродукцію, настає переохолодження організму.

Порушення терморегуляції спостерігається при лихоманці, що супроводжує запальні та інфекційні хвороби, розлади кровообігу, вживання алкоголю та ін.

У новонароджених і немовлят терморегуляція остаточно не сформована (тепловіддача переважає теплопродукцію).

Ізотермія – вирівнювання у процесі онтогенезу температури тіла дитини з дорослим організмом – розвивається поступово лише до 5-го року життя. Дозрівання системи терморегуляції у постнатальному онтогенезі тісно пов'язане з дозріванням механізмів нейроендокринної регуляції та реалізацією пози стояння, з дозріванням скелетної мускулатури. До моменту народження терморегуляторні механізми навіть у недоношених дітей вже можуть включатися в роботу: посилене теплоутворення переважно дрожливого походження, судинні реакції, потовиділення, поведінкові реакції. У зв'язку з тим, що механізми терморегуляції функціонують у дитини з народження, її загартовування необхідно починати якомога раніше.

Питання для самоперевірки:

1. Що таке обмін речовин та які процеси він включає?

2. Перерахуйте функції білків.

3. Що таке незамінні амінокислоти?