Сущность его состоит в постоянном обмене веществ между организмом и внешней средой. Живые организмы нуждаются в постоянном притоке О2 , питательных веществ (белков, жиров, углеводов), минеральных веществ, витаминов и воды. Поступившие в организм вещества в результате химических изменений превращаются в собственные вещества организма и продукты обмена, которые затем выводятся из него (СО2, Н2О, NН3 и аммиак). При этих химических превращений происходит освобождение энергии, которая необходима для совершения работы, роста и развития организма, а также для нормального функционирования клеток организма. Обмен веществ состоит из двух процессов, тесно связанных между собой: ассимиляции или анаболизма и диссимиляции или катаболизма.
Ассимиляция - это процесс усвоения организмом веществ, при этом расходуется энергия.
Диссимиляция - это процесс распада сложных органических соединений, при этом высвобождается энергия. В разные возрастные периоды соотношение между этими процессами различные: у детей преобладают процессы ассимиляции, у взрослых устанавливается равновесие между этими процессами, в старческом возрасте преобладают процессы диссимиляции. При болезнях нарушается это соотношение между анаболизмом и катаболизмом.
Расщепление продуктов идет двумя путями: аэробным и анаэробным.
Аэробный механизм расщепления происходит при участии аэробов, организмов использующих для своего существования О2. При этом происходит расщепление веществ до конечных продуктов - СО2 и Н2О и высвобождение энергии полностью.
Анаэробный путь расщепления происходит при участии анаэробов - организмов, развивающихся без О2. При этом процесс расщепления идет не до конца, и образуются промежуточные продукты обмена (спирты, кислоты).
У всех организмов есть аэробная и анаэробная фазы расщепления. Анаэробный распад характерен для эмбриональных тканей и клеток злокачественных опухолей.
Для жизнедеятельности организма необходима энергия, которая освобождается в результате диссимиляции белков, жиров и углеводов путем присоединения О2 - путем окисления. При окислении и образуется теплоэнергия, которая необходима для построения новых клеток и тканей, для сокращения мышц, проведения нервного импульса, синтеза ферментов, гормонов и для поддержания постоянной температуры тела. Энергетические затраты организма при его жизнедеятельности называются общим обменом. Он состоит из основного обмена и рабочей прибавки.
Основной обмен - это минимальный уровень расхода энергии для поддержания жизнедеятельности всех органов и систем организма и температуры тела, это показатель интенсивности окислительных процессов в организме.
Основной обмен определяют утром натощак (через 12 часов после приема пищи), в положении лежа, при температуре окружающей среды 18 - 22 градуса, т.е. в условиях комфорта. В состоянии покоя организм расходует энергию на химические процессы, работу сердца, сосудов, дыхания и т.д. и поддержание температуры тела. Величина основного обмена зависит от пола, возраста, массы тела и роста. У детей основной обмен выше. Расход энергии зависит от состояния организма и мышечной деятельности. При мышечной работе значительно увеличиваются энергетические затраты организма, это увеличение составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа. Восполнение энергетических затрат организма происходит за счет поступления в организм питательных веществ: белков, жиров, углеводов. Гармоничное взаимодействие питательных веществ - это основа физического и психического здоровья.
Обмен белков (протеинов). Белки - это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие азот и построенные из аминокислот. В пищевых продуктах содержится около 20 аминокислот, они всасываются в кишечнике и идут на построение специфических для каждого организма белков. Все аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты синтезируются в организме (аланин, цестоин). Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме и должны поступать с пищей. К ним относятся: валин, метионин, лейцин, фенилаланин, триптофан и лизин.
Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называются биологически полноценными (белки молока, яиц, рыбы, мяса). Биологически неполноценными называют белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота (белки пшеницы, кукурузы, ячменя).
Функции белка:
1.Пластическая, структурная. Белки являются главной составной частью клетки и межклеточных структур, входят в состав основного вещества хрящей, костей, кожи. Биосинтез белков определяет рост и развитие всего организма.
2.Ферментативная - могут ускорять химические процессы в организме. Все ферменты являются белками.
.Защитная - образование антител, связывание токсинов и ядов, участие в свертывании крови (фибриноген).
.Транспортная - Нb переносит О2 и СО2, липопротеиды - жиры и т.д.
.Передача наследственности при помощи нуклеопротеидов, содержащих нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК.
.Регуляторная - поддержание биологических констант в организме.
.Энергетическая - обеспечение энергией всех жизненных процессов организма.
Суточная потребность в белке составляет 13-15% от суточного объема пищи, животный белок - 40-50%. Повышена потребность в белке у детей, беременных, спортсменов и у людей после тяжелой болезни. Продукты, содержащие белки животного происхождения - мясо, рыба, яйца, молоко. Растительного происхождения - грибы, фасоль, гречневая крупа, злаковые, орехи.
Белковый обмен регулирует:
1)Соматотропный гормон гипофиза.
2)Гормон щитовидной железы - тироксин.
)Глюкокортикоиды коры надпочечников.
Азот - составная часть белка и аминокислот и поступает с пищей, причем, только с белковой. Азотистый баланс - разность между количеством азота в пище человека и уровнем его в выделениях. Различают азотистое равновесие, положительный и отрицательный азотистый баланс.
Азотистое равновесие - количество выделенного азота равняется количеству поступившего азота. Наблюдается у взрослого человека.
Положительный азотистый баланс - количество азота в выделениях меньше, чем количество азота в пище. Азот задерживается в организме. Наблюдается у женщин во время беременности, у детей, у спортсменов, при выздоровлении после тяжелых заболеваний.
Отрицательный азотистый баланс или азотистый дефицит - количество азота в выделениях больше, чем в пище (наблюдается при белковом голодании, лихорадке).
Неиспользованные аминокислоты распадаются в печени и почках с отщеплением аммиака и освобождением энергии. Аммиак в печени синтезируется в мочевину, которая выводится с мочой и потом. Аммиак является токсичным веществом для центральной нервной системы и тканей организма, а мочевина - вещество нетоксичное. Кроме мочевины, белки распадаются на мочевую кислоту, креатин, креатинин, гистамин.
Обмен жиров. Жир поступает в организм с пищей, а также образуется из углеводов и белков.
К жирам относятся:
1.Простые липиды - нейтральные жир является обязательной составной частью цитоплазмы, ядра, оболочки клетки, выполняет пластическую функцию. Это основная масса жира в организме.
2.Сложные липиды - фосфолипиды.
.Стероиды - холестерин.
Функция жира:
·Жир может депонироваться в подкожной клетчатке - роль теплоизоляции, а откладываясь вокруг органов - защита от травм.
·Жир - источник энергии, участие в синтезе жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К.
·Жир под действием липазы превращается в глицерин и жирные кислоты, а затем окисляется до СО2 и Н2О.
Суточная потребность в жирах составляет 30-35% от суточного объема пищи. Жиры содержат незаменимые жирные кислоты (ненасыщенные жирные кислоты) - линоленовая, линолевая, арахидоновая, которые есть в растительном масле, сливочном масле. При их отсутствии замедляется рост и способность к размножению, нарушается синтез витамина А, Е, Д, К.
В обмене жиров большая роль принадлежит печени, где синтезируются:
1.Фосфолипиды, которые входят в состав всех клеток, а особенно это имеет значение для нервных клеток. Печень поддерживает уровень фосфолипидов в крови.
2.Образование в печени кетоновых тел (?-оксимасляная кислота, ацетоуксусная кислота, ацетон), которые используются как источник энергии.
.Синтез холестерина в основном происходит в печени. Из него образуются половые гормоны, гормоны коры надпочечников. Неиспользованный холестерин расщепляется в печени до желчных кислот, которые поступают с желчью в кишечник и способствуют эмульгированию жиров.
Жир может образовываться в организме из углеводов при избыточном их поступлении с пищей. 25-30% углеводов пищи превращаются в жиры.
Белки же являются строительным материалом и только при особых обстоятельствах могут использоваться для энергетических целей.
Обмен углеводов. Это тоже источник энергии, пластическая функция. В организм поступает с растительной пищей (хлеб, крупы, овощи, фрукты). Суточная потребность - 50-55% от суточного объема пищи.
Основная часть углеводов окисляется в тканях до СО2 и Н2О (70%).
Углеводы бывают: сложные и простые.
% глюкозы превращается в жир, а оставшиеся 5% синтезируется в резервные углевод организма - гликоген в печени - гликогенез.
Гликоген может также синтезироваться и в мышцах, т.к. они во время своей работы захватывают много глюкозы из крови. Распад гликогена является одним из источников энергии мышечного сокращения. Мышечный гликоген распадается до молочной кислоты, которая способствует синтезу гликогена в печени, этому способствуют также продукты распада жиров и белков - кетокислоты. Этот процесс называется гликонеогенез. Процесс, при котором гликоген распадается до глюкозы называется гикогенолиз. Эти три процесса взаимосвязаны и регулируют уровень сахара в крови.
Головной мозг содержит небольшой запас углеводов и поэтому нуждается в постоянном поступлении глюкозы, потому что энергетические затраты покрываются только за счет углеводов.