Что такое обмен веществ

Содержание:

1. Обмен веществ, физиология.
2. Виды метаболизма в организме.
3. Скорость обмена веществ — правда или вымысел.

Обмен веществ, физиология

Обмен веществ и энергии, называемый метаболизмом (с греч. — «изменение»), это совокупность процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и внешней средой. Проще говоря, это реакции, которые протекают в организме и поддерживают его жизнедеятельность. Они способствуют росту тканей, образованию энергии, а также выведению во внешнюю среду продуктов распада.

Обмен веществ между организмом и внешней средой — главная функция живой материи. В организм поступают различные вещества, необходимые для жизнедеятельности, такие как кислород, белки, жиры, углеводы, вода, витамины, минералы, а из организма во внешнюю среду выделяются конечные продукты обмена веществ. Нарушение одного из этих процессов неизбежно приведет к гибели организма.

Метаболизм состоит из двух этапов:

• анаболизм (ассимиляция) — синтез сложных органических веществ из более простых;
• катаболизм (диссимиляция) — расщепление сложных органических веществ до конечных продуктов обмена (метаболитов).

Оба процесса тесно связаны с обменом энергии, так как процессы ассимиляции требуют затрат определенного количества энергии, а процессы диссимиляции сопровождаются выделением энергии.

Виды метаболизма в организме

Живой организм отличается от неживого процессами, происходящими между ним и окружающей средой. Из каких процессов складывается обмен веществ? В живом организме выделяют четыре вида обмена: белковый, липидный, углеводный обмен, а также обмен воды, минеральных солей и витаминов.

Белковый обмен

Основная функция белков в организме — пластическая, структурная. Ткани человека более чем на 20% состоят из белков, поэтому белковый обмен — важнейшая часть обмена веществ. Молекулы белка необходимы для следующих процессов:

• роста и регенерации структур организма;
• продукции ферментов, гормонов, иммуноглобулинов, гемоглобина;
• транспорта гормонов, минеральных веществ, липидов, холестерина;
• поддержки вязкости крови.

Белки также используются в качестве альтернативного источника энергии, но это не главная их функция.

Белки состоят из 20 различных аминокислот, 10 из которых считаются незаменимыми, потому что не образуются в организме и должны поступать с пищей. А другие 10 считаются заменимыми. По своей биологической ценности белки делятся на следующие виды:

• полноценные — содержат все 10 незаменимых аминокислот (чаще это продукты животного происхождения);
• неполноценные — содержат преимущественно заменимые аминокислоты, без полного набора незаменимых аминокислот (продукты растительного происхождения).

Источники полноЦЕННОГО белка — мясные и молочные продукты, рыба, яйца.

Белки из пищи проходят процесс денатурации (изменение структуры) в желудке, затем в тонком кишечнике распадаются до аминокислот и всасываются в кровоток, который отправляет их в печень. Здесь происходят процессы дез- и переаминирования, в результате образуются заменимые аминокислоты и некоторые белки (например, белки плазмы — альбумины, глобулины, фибриноген). Если в организм поступает слишком много белка, то в печени происходит также синтез глюкозы (глюконеогенез) и жиров (липогенез).

Энергетическая функция белков обеспечивается их расщеплением, конечные продукты которого — энергия (на 1 г белков — 4,1 ккал), а также токсичный аммиак, мочевая кислота, креатинин. В печени из аммиака образуется мочевина и с помощью почек выводится из организма. При нарушении функции печени нарушается процесс обезвреживания токсичных метаболитов белков, а при нарушении функции почек — их нормальное выведение, что может привести к отравлению и гибели организма.

Азотистый баланс.

О состоянии белкового обмена в организме человека можно судить по азотистому балансу — соотношению поступившего и выведенного белка. Азот содержится лишь в молекулах белка.

Азотистый баланс (АБ) может оцениваться по формуле: АБ (г/сут) — (ПБ в г : 6,25) — OA (г/сут), где ПБ — фактическое потребление белка за сутки; OA — общий азот в моче.

В организме здорового взрослого человека отмечается азотистое равновесие — выведение азота соответствует поступлению. С возрастом усиливаются процессы диссимиляции (распада), поэтому у взрослых и пожилых людей наблюдается отрицательный азотистый баланс. При недостаточном поступлении белка в организм отмечается такое же состояние. А у детей, наоборот, преобладают процессы ассимиляции и наблюдается положительный азотистый баланс. То же состояние бывает у спортсменов при наращивании мышечной массы.

Для нормальной жизнедеятельности человеку необходим 1 г белка на 1 кг идеального веса в сутки. При высоком уровне физической активности и в период повышенного расхода энергии эти показатели возрастают.

Критерии белкового питания можно оценить и по другой формуле: азот мочевины (г) х ^ общий азот (г). При адекватности белкового питания соотношение в моче мо­чевины и общего азота величина постоянная.

Углеводный обмен

Основная функция углеводов в организме — энергетическая. Они поступают в организм в основном в виде полисахаридов растительного и животного происхождения, а конечный продукт их распада — глюкоза, главный энергетический субстрат организма. Более 90% углеводов расходуется на синтез АТФ (аденозинтрифосфат). При окислении (воздействии кислорода) 1 г углеводов высвобождается 4,1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем для окисления липидов. И это повышает роль углеводов при мышечной деятельности.

Первый этап углеводного обмена: углеводы делятся на полисахариды и моносахариды. В организме все полисахариды распадаются до моносахаридов, транспортируются к печени, где происходит синтез гликогена — углеводные депо. Оставшаяся глюкоза поступает в кровь и разносится к тканям и органам. В скелетных мышцах также образуются гликогеновые депо из невостребованной глюкозы. Всего в организме запасы гликогена составляют от 350 г у нетренированного человека до 500 г у бегунов-марафонцев. В кровотоке поддерживается постоянное содержание глюкозы — от 80 до 120 мг глюкозы на 100 мл крови. Это третье депо глюкозы в организме.

Второй этап углеводного обмена: основной механизм энергообеспечения спортивной деятельности — гликолиз, то есть расщепление гликогена и выход глюкозы в кровь. В первую очередь используется гликогеновое депо в мышцах, затем гликоген печени и в последнюю очередь — глюкоза крови.

Липидный обмен

Основная функция липидов в организме — участие в пластическом и энергетическом обмене. Пластическая функция реализуется фосфолипидами и холестерином — эти вещества участвуют в формировании мембран клеток, миелина нервной ткани, стероидных гормонов, желчных кислот. А энергетическая функция осуществляется использованием жиров в качестве энергии. При окислении 1 г жиров образуется 9,3 ккал энергии, вдвое больше, чем при окислении белков и углеводов. Но для окисления жиров требуется намного больше кислорода, поэтому для обеспечения интенсивной мышечной работы они используются только при дефиците углеводов (например, при длительной работе на выносливость). Жиры депонируются в организме в виде триглицеридов.

Незаменимые факторы питания — ненасыщенные кислоты, линолевая и линоленовая, так как они не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей ежедневно. С их помощью синтезируются компоненты клеточных мембран, которые определяют активность ферментов мембран и их проницаемость. Насыщенные жирные кислоты — источник стеринов, в частности, холестерина, из которого образуются гормоны надпочечников и половые гормоны.

Линоленовая кислота содержится в льняном, конопляном и кедровом масле. Линолевая — в тыквенном, подсолнечном, оливковом, миндальном. Помните, что следует выбирать масло в темной стеклянной таре, оно должно быть сыродавленным, нерафинированным.

Обмен жиров тесно связан с другими видами обмена, так как при избыточном поступлении белков и углеводов они превращаются в жиры (липогенез), а при их дефиците жиры расщепляются и служат источником углеводов (глюконеогенез).

Обмен воды, минеральных солей и витаминов

Наш организм состоит из воды на 60–80%. Суточная потребность человека в воде составляет 35 мл на 1 кг идеального веса. Всасывание воды начинается в желудке, продолжается в тонком кишечнике и заканчивается в толстом кишечнике.

Минеральные вещества входят в структуры всех органов и тканей человека, играют роль в регуляции кислотно-щелочного равновесия, обеспечивают процессы свертывания крови, создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимости клеток.

Наибольшее значение для организма имеют натрий, калий, кальций, магний, фосфор, железо, йод, фтор, хлор:

• натрий, калий и хлор определяют величину pН (кислотности), осмотическое давление, объем жидкостей тела;
• кальций содержится в костях и в тканях зубов, важен для мышечного сокращения;
• магний служит катализатором многих внутриклеточных превращений, связанных с углеводным обменом;
• фосфор входит в состав костного вещества;
• железо входит в состав гемоглобина, необходимого для транспорта кислорода к клеткам и тканям;
• йод входит в состав гормонов щитовидной железы;
• фтор обеспечивает защиту зубов от кариеса, стимулирует кроветворение, реакции иммунитета, предупреждает развитие старческого остеопороза.

Витамины служат компонентами ферментов и катализаторами в обменных процессах. То есть без их участия невозможно протекание биохимических реакций в организме.
Все эти вещества должны поступать с пищей ежедневно для нормального функционирования всех видов обмена.

Скорость обмена веществ — правда или вымысел

Выше мы разобрали все виды обмена и условия их нормального функционирования. Существует мнение, что обмен веществ можно ускорить или замедлить. Так ли это?

Регуляцией метаболизма занимаются гормоны. Если выделение гормонов будет нарушено, то есть какие-то будут выделяться в большем количестве, какие-то в меньшем, это, безусловно, будет влиять на скорость обмена веществ. Например, при увеличении синтеза тиреоидных гормонов обмен веществ будет ускоряться, порой до патологии (например, в случае тиреотоксикоза), и, наоборот, при снижении их синтеза будет снижаться и метаболизм (например, при гипотиреозе). При увеличении концентрации инсулина существенно изменится обмен углеводов и жиров, а при увеличении соматотропного гормона — обмен белков.

Гормональная регуляция различных видов обмена

Гормон гипофиза соматотропин:

• повышает транспорт аминокислот в клетки и синтез белка;
• увеличивает распад гликогена;
• повышает концентрацию жирных кислот в крови.

Гормон инсулин — главный регулятор углеводного обмена:

• стимулирует синтез гликогена;
• способствует переходу глюкозы и аминокислот из кровотока в клетки тканей;
• блокирует распад жиров.

Глюкокортикоиды — гормоны коры надпочечников:

• вызывают уменьшение концентрации белка в клетках;
• повышают концентрацию белков в плазме крови;
• увеличивают синтез белка в печени и его переход в углеводы;
• увеличивают распад гликогена, концентрации глюкозы и жирных кислот в крови.

Тиреоидные гормоны — гормоны щитовидной железы:

• повышают скорость обменных реакций во всех клетках;
• мобилизуют белки для энергетического использования в условиях дефицита углеводов и жиров;
• повышают синтез белка в условиях достаточного поступления жиров, аминокислот и углеводов;
• мобилизуют жиры для обеспечения организма энергией.

Не менее важен статус витаминов и микроэлементов, отвечающих за нормальное протекание биохимических реакций. Так, людям с лишним весом и замедленным обменом веществ нужно обратить особое внимание на обеспечение организма рядом веществ:

• витамином D;
• витаминами группы В;
• железом;
• цинком;
• магнием;
• омегой-3;
• глутатионом.