ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Обмен веществ непрерывно протекает во всех клетках, тканях и системах организма и способствует поддержанию жизнедеятельности и сохранению постоянства внутренней среды. В результате обменных процессов образуются вещества, необходимые для построения клеток и тканей.

Посредством обмена веществ обеспечивается поступление в организм энергии, необходимой для его жизнедеятельности, восстанавливается потеря воды (водный обмен), удовлетворяется потребность в минеральных веществах (минеральный обмен), витаминах (витаминный обмен) возмещается потеря органических веществ, используемых для синтетических процессов (пластический обмен).

Обмен веществ характеризуется двумя противоположными процессами – ассимиляцией и диссимиляцией, которые определяют непрерывную связь организма с окружающей средой.

Ассимиляция – это процесс синтеза необходимых организму веществ и использования их для роста и развития. Источником таких веществ является повседневная пища.

Диссимиляция – процесс распада веществ, их окисление кислородом и выведение из организма.

Процессы синтеза и распада протекают непрерывно и одновременно и находятся в единстве между собой. Однако в отдельные периоды жизни это равновесие нарушается. Например, в детстве, когда организм интенсивно растет и развивается, превалируют процессы ассимиляции. Напротив, когда организм стареет или ослаблен болезнью либо голодом, преобладают процессы диссимиляции.

Обмен веществ слагается из белкового, углеводного, жирового, витаминного, минерального и водного обменов, которые тесно связаны сложными биохимическими реакциями.

В регуляции обмена ведущая роль принадлежит центральной нервной системе, которая координирует эти процессы с помощью гормонов. Так, белковому обмену способствует гормон щитовидной железы – тироксин; на жировой обмен влияют гормоны поджелудочной и щитовидной желез, надпочечников и гипофиза; на углеводный обмен – гормон поджелудочной железы – инсулин и гормон надпочечников – адреналин.

В результате обмена веществ образуется также энергия, необходимая организму для биохимических реакций и покрытия тепловых и механических затрат. Выделение энергии происходит в результате окисления и расщепления сложных органических веществ, которые поступают с пищей.

В качестве единицы измерения расхода энергии используются калория или джоуль.

Энергетический баланс

В основу измерения расходуемой энергии организмом человека и энергии потребляемой пищи положена одна и та же единица измерения – джоуль или калория. Это позволило решить важную задачу по установлению соответствия питания человека производимым им энергетическим затратам.

Питание, при котором калорийность суточного пищевого рациона не покрывает производимые в течение суток затраты энергии, обуславливает возникновение отрицательного энергетического баланса. Последний характеризуется мобилизацией всех ресурсов организма на максимальную продукцию энергии для возможно большего покрытия образовавшегося энергетического дефицита.

При этом все пищевые вещества, в том числе белок, используются как источник энергии. Преимущественное расходование белка с энергетической целью в ущерб прямому его пластическому назначению может рассматриваться как основной неблагоприятный фактор отрицательного энергетического баланса. При этом с энергетической целью расходуется не только белок, поступающий и составе пищи, но и белок тканей, который при длительном отрицательном . энергетическом балансе начинает широко использоваться на энергетические нужды, обуславливая возникновение в организме белковой недостаточности.

Не менее серьезными отрицательными последствиями характеризуется и выраженный положительный энергетический баланс, когда продолжительное время энергетическая ценность пищевого рациона значительно превышает производимые затраты энергии. Избыточная масса тела, ожирение, атеросклероз, гипертоническая болезнь в значительной степени прогрессируют и развиваются на основе длительного положительного энергетического баланса.

Таким образом, как отрицательный, так и резко выраженный положительный энергетический баланс неблагоприятно сказывается на физическом состоянии организма, приводя к существенным нарушениям обмена, функциональным и морфологическим изменениям различных систем организма.

Нормальные в физиологическом отношении условия создаются при обеспечении энергетического равновесия, т.е. когда достигается более или менее близкое соответствие поступления и расхода энергии в течение суток.

Энергетические затраты организма

Энергозатраты организма человека слагаются из затрат энергии на основной обмен, расхода энергий на специфически-динамическое действие пищи и энергии, затрачиваемой на выполнение физической и умственной работы.

Расход энергии на основной обмен и специфически-динамическое действие пищи не могут регулироваться волей человека и потому его принято относить к нерегулируемым тратам энергии. Затраты энергии на трудовую деятельность, занятия спортом и другие виды деятельности зависят от условий и воли человека и могут сознательно увеличиваться или уменьшаться до значительных пределов. Эти энерготраты принято называть регулируемыми тратами энергии.

Основной обмен.

Основной обмен – это энергия, которая затрачивается на работу внутренних органов и жизнеобеспечивающих систем организма. Величина энергии основного обмена определяется в состоянии мышечного и нервного покоя, лежа в удобном положении при комфортной температуре воздуха (20° С), натощак (последний прием пищи за 14-16 ч). Энергия основного обмена для каждого человека индивидуальна и в то же время является достаточно постоянной величиной 1700 ккал (7112,8 кДж) для мужчин и 1400 ккал (5857,6 кДж) для женщин со средней массой тела. Ориентировочно при средних условиях (средний возраст, средняя масса и др.) можно принять величину энергии основного обмена равной 4,184 кДж, или 1 ккал, на 1 кг массы тела в час.

На величину основного обмена оказывают влияние пол и возраст человека. У женщин основной обмен на 5-10% ниже, чем у мужчин. У детей основной обмен выше, чем у взрослых, и тем в большей степени, чем меньше возраст. Превышение основного обмена у детей может достигать 15% и более по сравнению со взрослыми. У стариков, наоборот, основной обмен понижен на 10-15% по сравнению с молодыми.

Специфически-динамическое действие пищевых веществ (СДД). Под влиянием приема пищи расход энергии повышается, что связано с усилением окислительных процессов, необходимых для превращения пищевых веществ в организме. Расход энергии при приеме пищи сопровождается повышением основного обмена. При смешанном питании основной обмен повышается на 10-15% в сутки. Пищевые вещества обладают разной способностью повышать основной обмен: белки – на 30-40%, жиры – на 4-14%, углеводы – на 4-7%.

Энергия, затрачиваемая на выполнение умственной и физической работы (регулируемые затраты энергии). Определяющим в величинах затрат энергии в процессе трудовой деятельности является объем и характер мышечной работы, необходимой для выполнения производственных процессов. Чем больше производственный процесс насыщен ручной работой, требующей физических усилий, тем выше затраты энергии.

В настоящее время благодаря широкому развитию механизации и автоматизации производственных процессов, расширению коммунального обслуживания в городах и селах современный человек затрачивает мало энергии на выполнение физической работы.

Все население нашей страны в зависимости от энергозатрат, обусловленных профессией, разделено на 5 групп. При этом в каждой группе учитываются возраст и пол (табл. 1).

Таблица 1.
Рекомендуемое потребление энергии, белков, жиров и углеводов
для взрослого трудоспособного населения по различным группам интенсивности труда (в день)

Методы изучения энергетических затрат организма

Для определения энергетических затрат организма пользуются методом прямой и непрямой калориметрии и расчетным методом. Метод прямой калориметрии основан на измерении тепла, которое выделяет организм при любых энергозатратах. Для этой цели используют калориметрическую камеру, куда помещают человека. По разнице температур воды во входящих и выходящих трубах в камере измеряют количество тепла, которое выделил испытуемый. Более распространенным является метод изучения газообмена по Дугласу – Холдену и Шатерникову – Молчановой. Суть его в следующем. Окислительные процессы, происходящие в организме, связаны с потреблением кислорода и выделением углекислоты. Расчет потребленного кислорода и выделенной углекислоты позволяет рассчитать затраченную энергию. Белки, жиры и углеводы обладают теплотворной способностью, т. е. при окислении высвобождают определенное количество тепла. При полном окислении 1 г белка и 1 г углеводов выделяется 16,7 кДж (4 ккал), 1 г жира – 37,7 кДж (9 ккал).

Тепло, выделенное при окислении пищевых веществ, носит название калорического коэффициента. При помощи калорического коэффициента и количества пищевых веществ можно рассчитать, какое количество энергии получил организм за сутки.

Из расчетных методов широко распространен хронометражный метод, при котором точно учитывается время, затрачиваемое на выполнение той или иной работы. Полученные хронометражные данные с помощью таблиц энергетических затрат при различных видах деятельности позволяют определить суточные энергозатраты человека. Имеются также таблицы расчета основного обмена, в которых учитываются возраст, пол, рост и масса тела человека.

В последнее время получил распространение метод алиментарной энергометрии, основанный на учете уровня фактического питания, динамики массы тела и состояния процессов метаболизма в течении определенного периода времени. Сущность данного метода состоит в том, что если масса тела человека за исследуемый промежуток времени остается постоянной, то энерготраты организма соответствуют калорийности принятой за этот период пищи.

Данный метод относительно прост по выполнению и позволяет получить значения энерготрат, близкие к получаемым другими методами непрямой калориметрии.

Рекомендуемые величины физиологической потребности в энергии и пищевых веществах

Рекомендуемые величины потребности в пищевых веществах и энергии разработаны с учетом пола, возраста и характера трудовой деятельности.

Физиологическая потребность взрослого трудоспособного населения разработана по 5 группам интенсивности труда в зависимости от величины суточных энергетических затрат, нервной напряженности в процессе трудовой деятельности, отдельных его операций и других особенностей. По мере внедрения и распространения новых видов и форм трудовой деятельности, связанных с техническим прогрессом, группы интенсивности труда будут пересматриваться, уточняться и дополняться.

Приведем действующее в настоящее время деление на группы интенсивности труда и перечень профессий, включенных в каждую из них:

 Группа I.

Работники преимущественно умственного труда: руководители предприятий и организаций, инженерно-технические работники, труд которых не требует существенной физической активности; медицинские работники, кроме врачей-хирургов, медицинских сестер, санитарок; педагоги; воспитатели, кроме спортивных; работники науки, литературы и печати; культурно- просветительные работники; работники планирования и учета; секретари; делопроизводители и др.

 Группа II.

Работники, занятые легким физическим трудом: инженерно-технические работники, труд которых связан с некоторыми физическими усилиями; работники, занятые на автоматизированных процессах; работники радиоэлектронной промышленности; швейники, агрономы, зоотехники, ветеринарные работники; медсестры и санитарки; продавцы промтоварных магазинов; работники сферы обслуживания; работники часовой промышленности; работники связи и телеграфа; преподаватели; инструкторы физкультуры и спорта, тренеры.

 Группа III.

Работники среднего по тяжести труда: станочники, занятые в металлообработке и деревообработке; слесари, наладчики, настройщики; врачи-хирурги; химики; текстильщики; обувщики; водители различных видов транспорта; работники пищевой промышленности; работники коммунально-бытового обслуживания и общественного питания; продавцы продовольственных товаров; бригадиры тракторных и полеводческих бригад; железнодорожники, водники; работники авто- и электротранспорта; машинисты подъемно-транспортных механизмов; полиграфисты.

Группа IV.

 Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие; основная масса сельскохозяйственных рабочих и механизаторов; горнорабочие на поверхностных работах; работники нефтяной и газовой промышленности; металлурги, литейщики, кроме лиц, отнесенных к группе V; работники целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности; стропальщики; такелажники; плотники; работники промышленности строительных материалов, кроме лиц, отнесенных к группе V.

 Группа V.

Работники, занятые особо тяжелым¹ физическим трудом: горнорабочие, занятые непосредственно на подземных работах; сталевары; вальщики леса и рабочие на разделке древесины; каменщики; бетонщики; землекопы; грузчики, труд которых не механизирован; работники, занятые в производстве строительных материалов, труд которых не механизирован.

Указанное деление не охватывает всего многообразия существующих профессий, однако позволяет практически дли любой специальности найти близкую ей в перечне ту или иную группу интенсивности труда.

В связи с менее интенсивным течением обменных процессов и меньшей массой тела потребность женщин в энергии может быть принята в среднем на 15% меньше, чем у мужчин.

Установлено, что потребность в энергии повышена у лиц, труд которых характеризуется физической и нервно-психической нагрузкой, причем в современных условиях несколько повысилось значение последней в связи с интенсификацией труда.

При определении потребности в энергии взрослого трудоспособного населения было признано целесообразным все расчеты производить для трех возрастных категорий: 18-29, 30-39 и 40-59 лет. Основанием этого послужили некоторые возрастные особенности обмена веществ организма, например, в 18-29 лет особенности обмена связаны с незавершенными и продолжающимися процессами роста и физического развития. При разработке потребности в энергии для населения в возрасте от 18 до 60 лет принята средняя нормальная масса тела (идеальная масса тела для мужчин 70 кг, для женщин – 60 кг). Потребность в энергии может исчисляться из расчета на 1 кг средней нормальной массы тела (идеальная масса). Установлено, что потребность в энергии на 1 кг идеальной массы у мужчин и женщин практически одинакова и составляет:

для группы I интенсивности труда 167,4 кДж (40 ккал),

для группы II–179,9 кДж (43 ккал),

для группы III–192,5 кДж (46 ккал),

для IV группы–221,7 кДж (53 ккал),

для группы V–255,2 кДж (61 ккал).

В табл. 1 приведены основные величины суточной потребности в энергии взрослого трудоспособного населения в зависимости от интенсивности труда. Приведенные величины потребности в энергии послужили отправными данными для определения потребности в основных пищевых веществах – белках, жирах, углеводах.

При этом были применены коэффициенты пересчета для всех групп взрослого населения в процентах от суточной калорийности для белка 11-13%, для жира – 33%. В результате указанных расчетов были созданы рекомендации о величинах потребности в основных пищевых веществах. Для определения соответствия питания производимым энергетическим тратам, помимо знания величины затрачиваемой энергии, необходимы сведения об энергетической ценности получаемого питания. Исчисление энергетической ценности питания производится соответственно коэффициентам, установленным на основании определения величин теплоты сгорания белков, жиров и углеводов в организме.