Лекция 1 (20). Обмен веществ и энергии.
Лекция 1 (20). Обмен веществ и энергии. Питание (2 часа) • Пластическая и энергетическая роль питательных веществ. • Обмен белков. Азотистое равновесие. • Обмен жиров и углеводов. • Водно-солевой обмен. • Обмен энергии в организме. • Питание. Нормы питания.
Две стороны обмена веществ: • пластический обмен – процессы, направленные на рост и обновление структур организма; • энергетический обмен – процессы, направленные на энергообеспечение функций организма ( в том числе пластического обмена)
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Окружающая среда Организм Окружающая среда человека Питательные Продукты вещества: Процессы обмена: Ø Белки ассимиляции ü СО 2 Ø Жиры ü мочевина и т. д. Ø Углеводы (анаболизма) и ü Н 2 О диссимиляции ü Тепло • витамины (катаболизма) • минеральные вещества • Н 2 О • О 2
Уровни интенсивности обменных процессов
Ассимиляция – совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии • Поступление из внешней среды веществ, необходимых для организма; • превращение питательных веществ в соединения, которые могут использоваться клетками и тканями; • синтез структурных элементов клеток, ферментов и т. д. , замена устаревших новыми; • синтез более сложных соединений из более простых; • отложение запасов.
Диссимиляция – совокупность процессов распада живой материи с выделением энергии • Мобилизация запасов организма; • расщепление сложных органических соединений до более простых; • распад устаревших тканевых и клеточных элементов; • расщепление богатых энергией соединений с освобождением энергии; • выведение продуктов распада из организма.
• Энергетический обмен включает: • энергетический катаболизм – распад субстратов для выработки энергии; • энергетический анаболизм – синтез субстратов для запасания энергии. • Пластический обмен включает: • пластический катаболизм – распад старых структур для их обновления; • пластический анаболизм – построение новых структур.
Пути превращений энергетических субстратов • Расходование и депонирование. Потребности организма в энергии постоянно меняются, иногда очень резко. • Должны существовать депо энергии, из которых энергия может быстро мобилизоваться (две стороны энергетического баланса: энергети- ческий катаболизм и анаболизм)
Пути превращений энергетических субстратов • Переход на преимущественное использование того или другого субстрата. • При разных видах нагрузки организм использует разные энергетические субстраты. • Характер используемых субстратов зависит также от питания и некоторых других условий.
Пути превращений энергетических субстратов • Взаимное превращение субстратов. • Очевидно, что субстраты должны превращаться друг в друга: так, запасать энергию лучше в виде субстратов с большой емкостью депо (липидов), а при необходимости они должны превращаться в «быстрые» субстраты (углеводы).
Энергетический обмен – это совокупность процессов превращения различных форм энергии между собой
Характеристика углеводов • Быстрый энергетический субстрат. Благодаря водорастворимости, могут достигать высокого уровня концентрации в крови; • следовательно, поставка их к работающим тканям может быть высокой, • поэтому именно углеводы служат энергетическим субстратом для тканей с быстрым использованием энергии.
Характеристика углеводов • Запасы углеводов невелики. • Из-за высокого содержания кислорода и относительно сниженного содержания окисляемых атомов – углерода и водорода – свободная энергия (энергия, высвобождаемая при полном окислении) углеводов невелика: их калорийность = 4, 1 ккал/г (у липидов – 9, 3 ккал/г). • Из-за водорастворимости могут храниться либо в растворенном виде, либо в виде гранул полимеров (липиды могут заполнять всю клетку). • Некомпактный с точки зрения запасания источник энергии. • Запасы в виде гликогена составляют 300 -400 г, при этом лишь 1/5 от этого (гликоген печени) может при необходимости высвобождаться в кровь.
Характеристика углеводов • Нервная ткань использует почти исключительно углеводы. В связи с этим уровень глюкозы в крови не может снижаться менее некоего критического уровня, необходимого для питания мозга. • Мелкие молекулы углеводов осмотически активны. Поэтому уровень глюкозы не может превышать некий критический уровень, выше которого осмолярность крови становится недопустимо высокой. • Уровень глюкозы в крови должен поддерживаться на постоянном уровне, то есть является одной из констант внутренней среды.
Энергетические субстраты • различаются по: • скорости высвобождения энергии в процессе катаболизма; • емкости депо (величине запасов). • Чем выше скорость высвобождения энергии субстрата, тем меньше его запасы. • Углеводы – это субстрат с быстрым высвобождением энергии, но малыми резервами ( «быстрое топливо» организма); • Липиды – это субстрат с медленным высвобождением энергии, но большими резервами ( «резервное топливо» организма).
Энергетический баланс – это соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и энергией, расходуемой организмом. • Энергетическое равновесие • Положительный • Отрицательный энергетический баланс
Расчет энергетического баланса 1. Определение количества энергии, поступившей в организм: • Количество белков, жиров и углеводов • Калорические коэффициенты питательных веществ: при окислении – 1 г белка - 4, 0 ккал тепла – 1 г жира - 9, 0 ккал – 1 г углеводов – 4, 0 ккал 1 ккал = 4, 19 к. Дж.
Расчет энергетического баланса 2. Расчет энергозатрат: определение количества тепла, выделяемого из организма • методы калориметрии: Ø Прямая Ø Непрямая (газовый анализ)
Прямая калориметрия – непосредственное определение количества тепла, выделяемого человеком во внешнюю среду Калориметр
Непрямая калориметрия Полный газовый анализ- определение энергозатрат организма на основании потребленного О 2 и выделенного СО 2.
Неполный газовый анализ. Определение энергозатрат по количеству потребленного О 2 Спирографы закрытого типа
Определение энергозатрат методом непрямой калориметрии 1. Определение дыхательного коэффициента ДК – это отношение количества выделенного СО 2 к количеству поглощенного О 2. ДК = V CO 2/ V O 2 ДК различен при ОКИСЛЕНИИ Б, Ж и У. При окислении углеводов = 1 ( С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О ) При окислении белков = 0, 8 При окислении жиров = 0, 7
Определение энергозатрат методом непрямой калориметрии 2. Находим калорический эквивалент 1 литра О 2 для данной величины ДК (по таблице). Для углеводов : ДК=1, КЭ=5, 0 ккал 3. Находим произведение калорического эквивалента 1 л О 2 и количества поглощенного О 2 в единицу времени.
На что расходуется энергия в организме?
Общий обмен (ОО) – это суточные энергозатраты на все виды деятельности Общий обмен складывается из: Øосновного обмена (Ос. О) Øспецифически динамического действия пищи (СДДП) Øрабочей прибавки (РП)
Основной обмен Ос. О - это суточные энергозатраты организма в условиях покоя. Ос. О определяется в стандартных условиях: - бодрствование - физический (лежа) и психический покой - натощак – через 12 -14 ч после приема пищи - в условиях температурного комфорта (18 - 20 о С)
Основной обмен зависит от: Ø возраста; Ø пола; Ø роста; Ø массы тела. Расходы энергии основного обмена: - на работу мозга (18%), печени (26%), почек (7%), сердца (9%), мышечный тонус (26%) и работу других органов (14%).
ОСНОВНОЙ ОБМЕН – должный и фактический • Должный Ос. О – это величина Ос. О, которая должна быть у человека с учетом пола, роста, массы тела и возраста. Определяют: - по таблицам Гарриса и Бенедикта - по формулам Гарриса и Бенедикта - по приближенной формуле (на 1 кг массы тела расходуется 1 ккал в час) ДОс. О = 1 ккал × масса тела × 24 час. - по площади поверхности тела • Фактический Ос. О - это величина Ос. О, которая имеется у человека в действительности. • Определяется методом калориметрии. Определяют % отклонения ФОс. О от ДОс. О. Отклонения ФОс. О от ДОс. О ± 10% норма.
Специфически динамическое действие пищи (СДДП) • СДДП – это дополнительные к величине Ос. О энергозатраты, связанные с приемом пищи. • СДДП зависит от вида принимаемой пищи: белки + 28 -30%, жиры + 12 -14%, углеводы + 7 -8%. смешанное питание + 15%.
Рабочая прибавка - это дополнительные к величине Ос. О энергозатраты, связанные с выполнением различных видов работ Работа • Физическая • Умственная Суточные энергозатраты (общий обмен) = Ос. О × КФА (коэффициент физической активности)
Эндокринная регуляция обменных процессов • Гормоны, регулирующие преимущественно энергетический обмен: • адреналин • глюкагон • глюкокортикоиды • инсулин
Эндокринная регуляция обменных процессов • Гормоны, регулирующие иные обменные процессы (пластический обмен, терморегуляцию) и, как следствие – энергетический обмен: • тиреоидные гормоны • соматотропный гормон • тестостерон • эстрогены
Основные механизмы действия гормонов на метаболизм Гормон Углеводы Липиды Белки Адреналин ↑ гликогенолиза (в ↑ липолиза - печени и мышцах) Глюкокорти- ↑ глюконеогенеза ↑ липолиза ↓ синтеза коиды ↑ распада Глюкагон ↑ гликогенолиза (в - печени, но не в мышцах) Инсулин ↑ транспорта в ↑ липогенеза из ↑ синтеза клетки, особенно углеводов ↓ распада мышц и печени ↓ липолиза ↓ гликогенолиза ↓ глюконеогенеза ↑ гликогенеза
Основные механизмы действия гормонов на метаболизм Гормон Углеводы Липиды Белки Тиреоидные Усиливают множество процессов метаболизма с гормоны преобладанием ↑ синтеза белка и ↑ распада липидов и углеводов СТГ ↓ транспорта в ↑ липолиза ↑ синтеза клетки, особенно мышц и печени Тестостерон - ↑ синтеза, в основном в мышцах Эстрогены - ↑ липогенеза в ↑ синтеза характерных местах
Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности • Коэффициент физической • 1 группа – работники активности (КФА) – преимущественно 1, 4 умственного труда, (научные работники, студенты гуманитарных специальностей, операторы ЭВМ, педагоги и др. )
Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности • 2 группа – работники, занятые легким трудом, КФА – 1, 6 (водители трамваев, троллейбусов, агрономы, врачи, медсестры, работники сферы обслуживания и др. ) • 3 группа – работники средней тяжести труда, КФА – 1, 9 (слесари, станочники, водители автобусов, врачи-хирурги, металлурги-доменщики и др. )
Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности • 4 группа – работники • 5 группа – работники особо тяжелого физического труда, КФА – 2, 2 труда, КФА – 2, 5 (строительные рабочие, (горнорабочие, вальщики механизаторы, металлурги леса, землекопы и др. ) и литейщики и др. )
Питание. Основные принципы составления пищевого рациона Питание должно быть рациональным и сбалансированным, чтобы обеспечить сохранение здоровья, высокую работоспособность. Физиологические нормы питания зависят от возраста, пола, массы тела, климата, характера выполняемой работы и функционального состояния организма.
Требования, предъявляемые к пищевому рациону: 1. Энергетическая достаточность; 2. достаточность и сбалансированность поступления белков; 3. достаточность и сбалансированность поступления жиров; 4. достаточность и сбалансированность поступления углеводов; 5. соотношение в пищевом рационе белков, жиров и углеводов; 6. достаточность содержания витаминов и минеральных солей; 7. кратность приема пищи и %-ное распределение приема пищи.
Энергетическая достаточность пищевого рациона • Определение энергетической ценности пищевого рациона с учетом усвояемости питательных веществ. Усвояемость - животной пищи - 95% - растительной - 80% - смешанной - 85 -90% Правило изодинамии – питательные вещества, как источник энергии, взаимозаменяемы в соответствии с их энергетической ценностью.
Распределение количества энергии, получаемой за счет белков, жиров и углеводов белки (10 -15%) углеводы жиры (30%) жиры углеводы (55 -60%)
Обмен белков • Функции белков: энергетическая пластическая ферментативная защитная регуляторная БЕЛКИ полноценные неполноценные
Обмен белков • Б – преимущественно пластический субстрат. • Б – ни во что полностью не превращаются и ни из чего полностью не образуются. • Б не депонируются. • Б обязательно расходуются, даже если они не поступают, так как в организме постоянно происходит обновление структур.
Азотистый баланс Ø это отношение количества азота, поступившего с пищей, к количеству азота, выделенного из организма. Ø 100 г белка содержит 16 г азота (1 г азота соответствует 6, 25 г белка). Азотистый баланс: - равновесие - положительный - отрицательный
• Азотистое равновесие – расход азота равен приходу. Это обычное для нормы состояние. • Отрицательный азотистый баланс – расход азота больше прихода. Это наблюдается при недостаточном приходе белка или усиленном его распаде (например, опухолевом росте), так как: • белки ни из чего не образуются; • резервов белков практически нет; • белки обязательно расходуются, даже если они не поступают.
• Положительный азотистый баланс – приход азота больше расхода. Это наблюдается при усиленном образовании новых структур: • росте; • беременности; • наращивании мышечной массы; • После голодания и при выздоровлении после изнуряющих болезней при условии, что поступление белка достаточно. Просто при повышении потребления Б положительный азотистый баланс не наблюдается, так как белок не депонируется. В этих условиях повышение прихода азота автоматически приводит к такому же повышению расхода, и устанавливается азотистое равновесие на новом уровне.
Обмен белков • Резерв белков = 45 граммов. • При безбелковой диете в организме разрушается около 23 г белка (абсолютный белковый минимум) • Физиологический белковый минимум - ~30 - 40 г в день • Белковый оптимум: 1. Взрослый человек 1 г белка на кг массы тела. 2. Пожилые люди и дети – 1, 5 г белка на кг массы тела. 3. При физической работе, беременности, тяжелых заболеваниях - 2 г белка на кг массы тела.
Обмен жиров Функции жиров: 1. энергетическая 2. пластическая 3. защитная 4. всасывание витаминов 5. терморегуляция Суточная потребность = ~ 1 - 1, 2 г на 1 кг массы тела в сутки Биологическая ценность жиров незаменимые жирные кислоты заменимые жирные - полиненасыщенные: кислоты линолевая, линоленовая арахидоновая
Обмен липидов: использование триглицеридов • Катаболизм (в известной степени пластический анаболизм – построение мембран). • Депонирование в жировой ткани. • Превращение в глюкозу (глюконеогенез (происходит в печени из глицерина). • Источники триглицеридов: • Поступление с пищей. • Мобилизация из жировой ткани (липолиз). • Образование из белков и углеводов (липогенез).
Характеристика липидов • Молекулы липидов: • крупные, • жирорастворимые (гидрофобные), • обладают относительно низким содержа- нием атомов кислорода. • Липиды – медленный энергетический субстрат. Вследствие малой растворимости в воде липиды не могут достигать высокой концентрации в крови и потому не могут служить энергетическим субстратом для тканей с быстрым использованием энергии.
Характеристика липидов • Запасы липидов велики. Из-за высокого содержания окисляемых атомов – углерода и водорода – свободная энергия велика: калорийность равна 9, 3 ккал/г. • Благодаря гидрофобности могут образо- вывать крупные капли, заполняющие практически всю клетку. • Компактный источник энергии, в виде липидов запасается основная часть энергии. • Запасов липидов у среднего человека хватает примерно на 1, 5 месяца полного голодания.
Характеристика липидов • Липиды – важный пластический материал. Способны образовывать гидрофобную оболочку, отграничивающую клетку от окружающего водного раствора (являются основой биологических мембран). • Липиды способствуют всасыванию в кишечнике жирорастворимых веществ, в частности, жирорастворимых витаминов. • Подкожная жировая клетчатка служит теплоизолятором, играя важную роль в теплообмене.
Характеристика липидов • Отложения липидов выполняют важную механическую функцию – подкожная жировая клетчатка смягчает механические травмы нижележащих тканей, жировые образования полостей организма фиксируют внутренние органы. • Липиды входят в состав или служат источником многих важных веществ; так, из холестерина образуются стероидные гормоны и желчные кислоты, из ненасыщенных жирных кислот – простагландины и т. п.
Обмен углеводов Функции углеводов: 1. энергетическая 2. пластическая 3. защитная (глюкуроновая к-та) • Депо углеводов 300 – 400 гр. • 1. Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза) 2. Полисахариды: - перевариваемые (крахмал, гликоген)- 80% - неперевариваемые (целлюлоза, пектиновые вещества)
Обмен углеводов • У человека углеводы всасываются в кишечнике в виде четырех основных моносахаридов: глюкозы, фруктозы, галактозы, маннозы. • Большая часть приходится на глюкозу; фруктоза, галактоза и манноза, попадая из кишечника через воротную вену в печень, превращаются в ней в глюкозу. • Т. о. , основной углевод крови – глюкоза; концентрации в крови фруктозы, галактозы и маннозы незначительны.
Использование и выведение глюкозы • Катаболизм: - аэробный гликолиз; - анаэробный гликолиз; - пентозофосфатный путь; • депонирование в виде гликогена (гликогенез); • превращение в липиды (липогенез); • удаление с мочой. • Источники глюкозы: • поступление с пищей; • распад гликогена печени (гликогенез); • образование из белков и липидов (глюконеогенез).
• Аэробный гликолиз – основной путь распада глюкозы для энергообеспечения работы клеток. • Анаэробный гликолиз – временный неполный распад глюкозы с образованием молочной кислоты в условиях нехватки кислорода; в последующем, при поступлении достаточного количества кислорода, молочная кислота вступает на путь аэробного гликолиза. • Пентозофосфатный путь – дополнительный путь распада глюкозы, в процессе которого образуются пентозы и необходимый для синтеза липидов НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).
Рекомендуемое соотношение Б, Ж и У в пищевом рационе (по массе): 1 : 1, 2 : 4 • Кратность приема пищи - при 4 -х разовом питании калорийность суточного пищевого рациона целесообразно распределить следующим образом: - 1 завтрак- 25 % - 2 завтрак- 15 % - обед- 35 % - ужин- 25 %.
Лекция 1(20) Обмен в-в и энергии. Питание.ppt
- Количество слайдов: 58