Основные формы обмена веществ в организме человека

Белки - наиболее важная составная часть нашей пищи. Являясь основным строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей организма, они участвуют в образовании ферментов, гормонов и усвоении других пищевых веществ. Кроме того, с белками связано осуществление и других жизненно важных функций организма (рост, размножение) [2].

Последними исследованиями показано, что белки определяют иммунитет (невосприимчивость организма к инфекционным и другим заболеваниям). В состав пищевых белков входит около двадцати аминокислот, причем восемь из них (триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин) не образуются в организме и являются незаменимыми аминокислотами. В настоящее время считают наиболее дефицитными три аминокислоты: триптофан, лизин, метионин; поэтому особенно важно обеспечить их поступление в организм. Этих аминокислот в продуктах растительного происхождения, и особенно в злаковых, содержится очень мало. В продуктах животного происхождения их больше (в частности лизина). Эти белки не только сами хорошо усваиваются, но и способствуют усвоению белков растительного происхождения, что обеспечивает сбалансированность аминокислотного состава поступающей в организм пищи. В этом отношении для обеспечения аминокислотного состава, необходимого организму, целесообразно использовать различные сочетания продуктов, взаимно дополняющих друг друга. Например, употребление пшеничного хлеба с молоком более рационально с биологической точки зрения, чем употребление одного хлеба. Не всегда разнообразное питание обеспечивает сбалансированное поступление пищевых веществ в организм.

Особую ценность имеют белки рыбы. Они легко усваиваются организмом и по своим качествам не уступают белкам мяса и птицы. Кроме полноценного белка, рыба содержи витамины А и D, большое количество солей и микроэлементов (йод, цинк, фосфор и др.)

Исключительное значение имеют молоко и молочные продукты; ценность этих продуктов обусловлена благоприятным соотношением входящих в белки молока аминокислот, хорошей усвояемостью жира, молочного сахара, витаминов, минеральных солей и способностью связывать некоторые токсичные элементы и выводить их из организма. Поэтому не случайно с возрастом рекомендуется увеличить потребление молочных продуктов. За 160 дней в организме происходит полная замена всех собственных белков. Средняя суточная потребность белка для служащего массой тела 70 кг составляет примерно 91 в сутки, или 1.3 /кг массы тела. С увеличением интенсивности физического труда суточная потребность организма в белке может достигать 150 г и выше. Минимальная потребность белка составляет 0.7 г/кг нормальной массы тела.

Жиры заменимые продукты питания в обеспечении многообразных жизненных функций организма. Они являются подлинным концентратом энергии. Так, при сгорании (окислении) 1 г жира до конечных продуктов - воды и углекислого газа выделяется в 2 раза больше энергии, чем при окислении того же количества углеводов. Жиры являются аккумуляторами энергии, но сгорают они в пламени углеводов. Иными словами, чтобы жиры освободили энергию, необходимо достаточное количество углеводов и кислорода.

Основной вклад в производство тепла вносят печень, головной мозг, скелетные мышцы, а сохраняет тепло, не давая ему рассеиваться в пространстве, подкожно-жировая клетчатка (жир - плохой проводник тепла). Жировая ткань, будучи материалом рыхлым и мягким, «укутывает» хрупкие органы, предохраняй их от механических сотрясений и травм. В организме жир в основном входит в состав различных органов и заполняет пространство между ними. Но есть орган, почти целиком состоящий из жира (или сала), который так и называется - сальник. Жир наряду с белками используется в качестве пластического материала. Подробно разобраться в строении клетки и структуре мембран исследователям помог электронный микроскоп. Были обнаружены неизвестные ранее детали в морфологии клетки и ее компонентов, в том числе и мембран, что, в свою очередь, помогло установить их функции. Прежде всего, подчеркнем, что клетка сохраняет свое «лицо» благодаря оболочке, разделяющей клетку и окружающую среду. Оболочка - сложное образование, своего рода «бутерброд», составленный из двойного слоя липидов, расположенных между двумя слоями белков. Белки не создают сплошной пленки, часть молекул находится вне липидов, а некоторые белки внедряются в липидный слой и даже его пронизывают.

С физико-химической точки зрения мембрана представляет собой полупроницаемую перепонку, сито, избирательно пропускающее одни и задерживающее другие вещества. Во внеклеточной среде (тканевой жидкости, омывающей клетки) преобладает натрий, которого мало в самой клетке, а концентрация калия в клетке в 40 раз, магния в 15 раз выше, чем во внеклеточном пространстве.

Своеобразным пропуском для проникновения вещества сквозь мембрану в клетку служит способность вещества растворяться в липидах - жирорастворимые молекулы лучше проходят внутрь клетки, чем водорастворимые. В липидах растворяется и целая группа витаминов (A, D, E и др.). Вот почему морковь, содержащую большое количество необходимого для человека провитамина A (каротина), необходимо вводить с жирами (растительное масло, сметана).

Большая группа липидов - ненасыщенные жирные кислоты, которые, поступая в организм, способствуют нормальному обмену холестерина и этим предотвращают атеросклероз.

Ненасыщенные жирные кислоты входят и в структурную оболочку тканей и органов, придаю им бактерицидные свойства. Меньшее количество ненасыщенных жирных кислот содержится в жирах животного происхождения. Значение их также велико для организма. Из желудочно-кишечного тракта жиры попадают через лимфу в легкие, где откладываются в большом количестве, предохраняя организм от простудных заболеваний.

В народной медицине известно, что тугоплавкие жиры (барсучье, собачье сало), потребляемые человеком, излечивали ряд легочных недугов (туберкулез легких). Однако избыточное введение животных жиров (сливочное масло, свиное сало) способствует развитию атеросклероза, понижению вентиляции легких и возникновению простудных заболеваний. Однако необходимо отметить, что избыточное введение в организм полиненасыщенных жирных кислот усиливает переокисление внутриклеточного жира, что повреждает мембраны и нарушает жизнедеятельность клеток. В день рекомендуется потреблять 25-30 г растительного масла и 50-60 г животных жиров.

Из ненасыщенных жирных кислот (в основном из арахидоновой) образуется большая группа биогенных веществ. Это - простагландины.

В последние годы изучением простагландинов занимаются во многих лабораториях мира. Объясняется такое пристальное внимание тем, что, по мнению некоторых ученых, открытие простагландинов знаменует новую эру в медицине, быть может, более важную, чем эра антибиотиков.

В растительных жирах содержатся линолевая и линоленовая полиненасыщенные жирные кислоты. В животных жирах их меньше, но важно то, что они являются поставщиками арахидоновой кислоты. Из таблицы следует, что наиболее богато полиненасыщенными жирными кислотами подсолнечное масло. В этом отношении оно в 4 раза превосходит оливковое. Из животных жиров наиболее ценным является свиной, содержащий все полиненасыщенные жирные кислоты. Липиды служат исходным материалом для синтеза ряда гормонов в организме. Половые гормоны - мужские (андрогены) и женские (эстрогены) - определяют тип скелета, развитие мышечной системы, степень отложения жира и его распределение в организме, тембр голоса, оволосение, особенности поведения и другие характерные черты, отличающие мужчину от женщины. Гормоны коры надпочечников регулируют жировой, белковый, углеводный, водно-солевой обмен, а также кровяное давление, деятельность центральной нервной системы, почек и другие физиологические функции организма.

Итак, жиры в умеренном количестве необходимы для нормальной жизнедеятельности организма: их дефицит ведет к серьезным нарушениям, а подчас и гибели организма. Однако избыточное поступление жира с пищей, повышенное отложение его в подкожно-жировой клетчатке, в печени таят в себе немалую опасность для здоровья.

Необходимыми компонентами для организма являются углеводы, которые попадают с растительной пищей, в том числе и с хлебом. Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров.

Для деятельности головного мозга единственным поставщиком энергии является глюкоза. Углеводы обнаруживаются во всех без исключения органах и тканях. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований, принимают участие в образовании многих важнейших веществ.

Углеводы обладают способностью накапливаться в организме в виде гликогена в печени и мышцах. Углеводы в организме используются в основном как источник энергии. Обмен углеводов - это совокупность процессов их превращения в организме [2]. Он осуществляется в три фазы: гидролитическое расщепление углеводов в пищеварительном аппарате и всасывание продуктов гидролиза в кровь; превращение и использование всосавшихся из пищеварительного аппарата продуктов гидролиза углеводов в организме, сопровождающееся включением углеводов в структуры организма и освобождением энергии; выделение конечных продуктов обмена углеводов из организма.

Превращение углеводов под действием ферментов начинается в ротовой полости, продолжается в желудке и происходит в основном в кишечнике. Углеводы всасываются главным образом в виде глюкозы в тонком кишечнике и поступают в кровь. С кровью глюкоза поступает в печень, где частично задерживается, частично проходит с кровью дальше и достигает тканей всех органов. Всосавшаяся глюкоза в основном используется как энергетический материал, так как возможности отложения ее в организме весьма ограничены. В печени, в мышцах и других органах глюкоза депонируется в виде гликогена. Часть глюкозы в печени превращается в жир и откладывается в жировых депо.

Во всех тканях, пройдя стадию депонирования, глюкоза используется как источник энергии, т.е. окисляется. Окисление глюкозы происходит как в аэробных, так и анаэробных условиях. Вначале глюкоза активируется, превращается в пировиноградную кислоту. В аэробных условиях пировиноградная кислота окисляется в цикле Кребса до диоксида углерода и воды с образованием АТФ. При полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В анаэробных условиях пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту с образованием энергии.

Таким образом, из молекулы глюкозы при отсутствии кислорода образуется 2 молекулы АТФ. Затем в печени из молочной кислоты синтезируются глюкоза и гликоген. Если же на этапе молочной кислоты возникают аэробные условия, то она превращается в пировиноградную кислоту, которая уже окисляется в цикле Кребса.

Глюкоза используется для синтеза лактозы, липидов, глицерина, аминокислот, жирных кислот. В крови человека и моногастричных животных обеспечивается концентрация глюкозы на уровне 1,0… 1,2 г/л, у полигастричных - 0,42…0,6 г/л.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Это обусловлено, прежде всего, необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внутренней среде организма и в клетках, а также значением сил осмоса для обмена и выведения из организма, как воды, так и минеральных ионов. Для поддержания осмотического давления важна концентрация всех растворенных в воде минеральных и органических ионов. Осуществление ряда физиологических процессов, как, например, возбуждения, синаптической передачи, сокращения мышцы невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са+ и других минеральных ионов. Поскольку их синтез в организме не осуществляется, все они должны поступать в организм с пищей и питьем.

Так при нарушениях пищеварения в тонком кишечнике, связанных с недостаточным поступлением в 12-перстную кишку желчи или панкреатической липазы, может наблюдаться недостаточное всасывание из желудочно-кишечного тракта витаминов при их нормальном содержании в пище. Витамины в продуктах питания могут содержаться в активной или неактивной форме (провитамины). Активация провитаминов происходит после их поступления в организм. Важным источником образования и поступления в организм витаминов (К, В6) является микрофлора кишечника.

Длительное голодание, питание пищевыми продуктами, не содержащими или содержащими малое количество витаминов, употребление в пищу продуктов после их длительного хранения или неправильной переработки, нарушение пищеварительных функций могут приводить к недостаточному поступлению витаминов в организм (гиповитаминозу). Гиповитаминоз или полное прекращение поступления витамина в организм (авитаминоз) приводят к неспецифическим изменениям (снижение умственной и физической работоспособности), так и к специфическим изменениям организме, характерным для гипо- и авитаминоза конкретного витамина.

Избыточное поступление в организм витаминов может приводить к гипервитаминозу. При поступлении водорастворимых витаминов в дозах, превышающих суточную потребность, эти вещества могут быстро выводиться из организма. При этом каких-либо признаков гипервитаминоза не отмечается.

Следовательно, в обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы - белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль - белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат - четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду [24].