Тема: Обмін речовин та енергії в організмі. Розрахунок індивідуальних добових енерговитрат

Практична робота №

Тема: Обмін речовин та енергії в організмі. Розрахунок індивідуальних добових енерговитрат

Мета: розширити та закріпити знання про біохімічні та фізіологічні особливості обміну речовин та енергії в організмі, ознайомитись із методами визначення енерговитрат організму людини та їхнім практичним значенням, оволодіти методикою хронометражу для розрахунку енерговитрат організму при різних видах діяльності, провести дослідження витрат енергії у студентів за добу.

Обладнання: калькулятор, таблиці, номограма, ваги.

Питання для допуску до виконання практичної роботи:

1. Що таке обмін речовин та яке його фізіологічне значення?

2. Які групи поживних речовин Ви знаєте?

3. Які групи вітамінів Вам відомі, у яких продуктах вони містяться?

4. На які процеси організм людини затрачає енергію, завдяки чому відбувається поновлення енергетичних ресурсів?

5. Чи може харчування вплинути на здоров’я людини? Чому?

Теоретичні відомості

1. Метаболізм та його фізіологічне значення

Сукупність усіх біохімічних перетворень у живій клітині як структурній одиниці живої матерії, а також в організмі в цілому, називається метаболізмом. Він відбувається за двома основними напрямками. Перший забезпечує синтез складних клітинних сполук із більш простих. Тому цей напрям ще називають конструктивним метаболізмом (біосинтезом чи анаболізмом, асиміляцією). Новоутворені клітинні сполуки можуть використовуватись як будівельний матеріал, брати участь у інших біохімічних реакціях, забезпечувати транспорт, бути ферментами. В той же час, більшість реакцій, що відбуваються в живому організмі потребують затрат енергії. Енергозабезпечення – це основна функція другої ланки метаболізму - катаболізму. Катаболізм або енергетичний метаболізм(дисиміляція) – це ланка метаболізму, представлена хімічними реакціями, які супроводжуються нагромадженям біохімічної енергії. Конструктивний та енергетичний метаболізм – це тісно пов’язані ланки одного процесу, часто їхні метаболітичні шляхи (послідовні біохімічні реакції) мають спільні ланки, а одні і ті ж сполуки використовуються для різних потреб.

2. Конструктивний метаболізм та його характеристика

Для того, щоб живий організм міг існувати необхідний постійний обмін речовинами із зовнішнім середовищем. У клітини має надходити пластичний матеріал (білки, жири (ліпіди, насичені та ненасичені жирні кислоти), вуглеводи (прості і складні цукри)), який використовується для синтезу клітинних сполук. Необхідними є мінеральні іони. Вони використовуються для створення заряду на мембранах, забезпечення осмотичного тиску тощо. Обов’язковою умовою життєдіяльності практично всіх організмів є надходження води. Вона є універсальним розчинником, створює середовище для біохімічних реакцій, забезпечує транспорт, терморегуляцію, підтримання нормальної форми (тургору) клітин тощо.

У конструктивному обміні організму людини, як і більшості живих істот, провідна роль належить сполукам вуглецю. Вуглецевий скелет мають білки, жири, вуглеводи, вітаміни тощо. За типом живлення людина належить до гетеротрофів. Тобто, потребує надходження в організм більшості сполук у готовому вигляді. Лише деякі речовини організм людини може синтезувати самостійно (ДНК та РНК, гемоглобін, деякі амінокислоти, вітамін Д тощо). В той же час, зелені рослини, водорості, деякі бактерії здатні синтезувати органічні сполуки з простих неорганічних сполук (зокрема, СО₂) у процесі фотосинтезу. Тому їх називають автотрофами.

3. Обмін білків в організмі людини

Обмін білків в організмі людини відбувається за двома основними напрямами: розщеплення поліпептидів (білків) до амінокислот і біосинтетичні процеси, повязані із конструюванням нових білкових молекул. Розщеплення поліпептидів до амінокислот відбувається у травному тракті за участі спеціальних ферментів протеаз (наприклад, пепсину у шлунку). Швидкому розщепленню білків сприяє кисле середовище шлунка: під впливом соляної кислоти не лише активується пепсин, а й відбувається денатурація білків спожитої їжі. Денатурація - це процес втрати білком четвертинної, третинної та вторинної структур, тобто «розмотування» білкового «клубка» у білкову «нитку». Таку «нитку», протеази можуть легко «порізати» на окремі фрагменти або й на окремі амінокислоти. Амінокислоти, вивільнені завдяки роботі протеаз, всмоктуються у травному тракті, переносяться до клітин, де вони можуть видозмінюватись (наприклад, перетворюватись з однієї амінокислоти у іншу або у прості цукри, оксикислоти). Деякі амінокислоти можуть окиснюватись з утворенням енергії, в такому випадку кінцевими продуктами є вуглекислий газ (у розчиненій формі), вода та аміак (у формі іону амонію). Іони амонію є дуже токсичними, вони відфільтровуються печінкою, де перетворюються на менш токсичну сечовину. Вона, в свою чергу, відфільтровується з крові нирками і виводиться з організму у складі сечі.

При деяких захворюваннях спостерігають порушення обміну амінокислот, що має для організму серйозні наслідки. До таких захворювань належить, наприклад, фенілкетонурія (ФКУ). Це спадкове захворювання, яке супроводжується ураженням ЦНС і порушенням розумового розвитку (тому це захворювання ще називають фенілпіровиноградна олігофренія). Частіше спостерігається у дівчаток, причиною є мутація у 12 хромосомі. Вона може виникати як спонтанно, так і успадковуватись за аутосомно-рецесивним типом. Тобто, якщо обоє батьків є носіями (кондукторами) мутантного гена, то розщеплення серед дітей становитиме: 1 хворий на ФКУ, 1 здоровий, 2 – носії гена, проте, не хворі (1:2:1).

Симптоми захворювання, які дозволяють діагностувати патологію спостерігаються на 2-6 місяць життя дитини. Зокрема це: неспокій, порушення м’язового тонусу, часті ураження шкіри (екземи), втрата здатності фокусувати погляд на предметі, відсутність реакції на яскраві іграшки, судоми, пітливість, тремор кінцівок. Шкіра дітей з ФКУ часто є аномально блідою, чутливою до впливу ультрафіолету, волосся та очі світлі, спостерігаються порушення при пересуванні, «мишачий» запах сечі, поту, волосся.

Хоча при ФКУ спостерігаються фізичні порушення, основною «мішенню» захворювання є ЦНС.

При ФКУ у печінці відсутній фермент, який забезпечує правильний обмін амінокислоти фенілаланіну (вона є незамінною, входить до складу багатьох продуктів дитячого харчування, в тому числі, і грудного молока). У нормі фенілаланін перетворюється цим ферментом (фенілаланін гідроксилазою (феніл-4-монооксигеназою)) у тирозин. Проте, за відсутності ферменту фенілаланін залучається у інші метаболітичні реакції, продуктами яких є фенілмолочна та фенілпіровиноградна кислоти. За нормального обміну речовин в організмі вони практично не утворюються. Саме ці сполуки порушують обмін білків, а також ліпідів у нервовій тканині, зумовлюючи порушення роботи та розвитку ЦНС. При невстановленому діагнозі наслідком ФКУ у дитини є важка розумова відсталість.

Сьогодні проводиться масовий скринінг (дослідження) новонароджених за наявністю ФКУ (за аналізом крові на 4-5 день у доношених та на 7 день у недоношених). Рання діагностика дає змогу вчасно виявити ФКУ і перевести дитину на спеціальний харчовий раціон, у якому міститься безпечна кількість фенілаланіну. Крім того, проводиться постійний контроль за вмістом цієї амінокислоти у крові, щоб запобігти її накопиченню у тканинах, а також за конгнітивним (пізнавальним) розвитком дитини.

Дієтотерапія на сьогодні є єдиним методом лікування захворювання. Строгої дієти дотримуються як мінімум протягом п’яти років, надалі токсичний вплив фенілаланіну знижується і дитина може бути переведена на звичайний раціон уже в 12-14 років. Дітям, у яких виявлено ФКУ, також можуть рекомендувати симптоматичне медикаментозне лікування (наприклад, судом, запалень шкіри) лікувальну фізкультуру, масажі, спеціальні заняття для розвитку логічного мислення.

Загалом, білки є одними із найважливіших речовин в організмі людини. Особливо важливим є достатнє надходження білків в організм дітей, де відбувається формування та розвиток тканин.

Функції білків в організмі наступні:

1) структурна – входять до складу мембран, утворюють м’язові волокна тощо;

2) ферментативна – є біокаталізаторами, які забезпечують перебіг більшості реакцій обміну;

3) транспортна - транспорт речовин через мембрану (натрій-калієві помпи), кисню (гемоглобін);

4) захисна – антитіла-імуноглобуліни;

5) рухова – скорочення м’язів (білки актин та міозин);

6) регуляторна – гормони (інсулін);

7) енергетична - при їхньому окисненні вивільняється енергія.

Обмін білків у людини прийнято оцінювати на основі показника, який називають азотним балансом. На відміну від жирів та вуглеводів, білки містять азот (у складі аміногрупи –NH₃), який можна виявити за допомогою спеціальних якісних реакцій, в тому числі і у складі сечовини.

За кількістю азоту, що надійшов в організм і був виведений з нього, розраховують азотний баланс організму. Якщо в дітей виявляють додатний баланс азоту, то це означає, що кількість вжитого організмом азоту перевищує кількість виділеного, тобто організм утворює більше білка, ніж розщеплює.

Білки, присутні у харчових продуктах поділяють на повноцінні й неповноцінні. Вони мають різну цінність для організму. До повноцінних належать білки, які містять усі амінокислоти, необхідні організмові людини. Вони присутні переважно у продуктах тваринного походження: в м'ясі, рибі, молоці, яйцях. З 22 амінокислот, що входять до складу білка, 10 є незамінними (наприклад, аргінін, гістидин, фенілаланін). Ці амінокислоти в організмі людини не утворюються. Якщо в їжі бракує хоча б однієї з них, це призводить до серйозних порушень здоров'я.

Білки рослинного походження є неповноцінними, проте в їхньому складі може міститися одна або кілька незамінних амінокислот, тому один повноцінний білок можна замінити двома-трьома неповноцінними. Щодобова потреба організму в білках їжі залежить від віку, статі, характеру професійної діяльності.

Добова потреба в білку на 1 кг маси тіла у дитини на першому році життя становить 4-5 г., від 1 до 3 років – 4-4,5 г, від 6 до 10 років – 2,5-3 г, старше 12 років –2-2,5 г, у дорослих – 1,5-1,8 г. Отже, залежно від віку і маси діти від 1 до 4 років повинні одержувати на добу 30-50 г білка, від 4 до 7 років – близько 70 г, з 7 років – 75-80 г, для дорослої людини вагою 70 кг - близько 120 г.

4. Обмін вуглеводів в організмі людини

Вуглеводний обмін, як правило супроводжується гідролітичним розщепленням полісахаридів (складних вуглеводів, зокрема крохмалю, глікогену), дисахаридів, моносахаридів з подальшим утворенням глюкози. Таке розщеплення відбувається у травному тракті під впливом ферментів гідролаз (наприклад, мальтаза слини) до простих цукрів, зокрема глюкози, яка легко всмоктується. Безпосередньо в обмін речовин може залучатись лише глюкоза (тому її використовують для внутрішньовенного «підгодовування» організму) та фруктоза (у більшості випадків вона перетворюється у глюкозу). Із залишків глюкози, фруктози можуть синтезуватись усі вуглеводи, необхідні клітині. Часто вуглеводневі залишки входять до складу комплексних органічних сполук, наприклад, гліколіпідів (комплекс ліпідів і вуглеводневого залишку) та глюкопротеїдів (комплекс вуглеводневого і білкового компонентів). Найчастіше вони виконують структурну функцію, є рецепторами мембрани. Найважливіша функція вуглеводів – енергетична. Тому більшість вуглеводів, які надходять із їжею врешті-решт залучаються у процеси отримання енергії, і лише невелика частка – у біосинтез. Вуглеводи є резервним джерелом енергії. Зокрема, запасним вуглеводом є глікоген, який нагромаджується у печінці та м’язах (проте вони використовують його виключно для власного енергозабезпечення). За потреби він може бути розщеплений до глюкози за впливу глюкагону – ферменту підшлункової залози. За надмірної кількості у раціоні спожиті білки можуть перетворюватись у запасні жири, з чим пов’язують появу надмірної маси тіла.

Добова потреба у вуглеводах в дітей висока і становить у грудному віці 10-12 г на 1 кг маси тіла. У наступні роки потрібна кількість вуглеводів коливається від 8-9 до 12-15 г на 1кг маси. Від 1 до 3 років на добу дитині треба давати з їжею в середньому 193 г. вуглеводів, від 4 до 7 років – 287 г, від 9 до 13 років – 370 г, від 14 до 17 років – 470 г, дорослому – 500 г.

5. Обмін жирів в організмі людини

Жири є надзвичайно важливими для життєдіяльності організму. Вони виконують енергетичну, структурну, резервну функції (запасні жири підшкірної клітковини та сальників), забезпечують збереження сталої температури тіла, забезпечують теплопродукцію (у немовлят). Крім того, клітини жирової клітковини, крім накопичення жиру у цитоплазмі виконують функцію синтезу деяких гормонів, які беруть участь, наприклад, у регуляції харчової поведінки (за зменшення апетиту відповідає гормон лептин), обміну речовин, репродуктивного циклу у жінок (гормон адипонектин), виявляють протизапальний вплив.

Жири необхідні для побудови клітинних мембран, синтезу деяких гормонів ендокринною системою. Вони сприяють засвоєнню жиророзчинних вітамінів (А, Е, групи Д), а тому беруть участь у попередженні низки захворювань, наприклад, рахіту, порушення зору тощо.

Жири у процесі травлення розщеплюються у травному тракті до жирних кислот ферментами ліпазами. Синтез жирів організму відбувається у стінці кишківника, звідки вони потрапляють у кров і надходять до усіх тканин та органів. Загалом, жири їжі поділяють на насичені (тверді за кімнатної температури) та ненасичені (мають рідку консистенцію). Обидві групи є важливими у щоденному харчуванні: тверді жири переважно тваринного походження (свинне, бараняче сало, яловичий жир), рідкі переважно рослинного (соняшникова, рапсова олії) походження. Рідкі жири вважаються більш легко засвоюваними, тому саме олії мають переважати у харчовому раціоні дітей. Особливе значення має жир молока: будучи дрібнодисперсним він швидко засвоюється і перетравлюється вже у шлунку (в той час, як травлення більшост і жирів завершується у кишківнику).

На сьогодні, значну увагу приділяють вивченню впливу на організм моно- та поліненасичених жирних кислот. Абсолютно незамінними для організму є такі жирні кислоти - лінолева, ліноленова, арахідонова. Доведено, що жирні кислоти сприяють нормалізації обміну холестерину, є гепатопротекторами, укріплюють імунітет, попереджують розвиток алергічних захворювань, знижують ризик спонтанного утворення тромбів. Джерело моно- та поліненасичених кислот є рослинні олії (соняшникова, оливкова, лляна та ін.), горіхи, насіння пшнениці, листові овочі (шпинат), морепродукти (особливо жирні види морських риб). Найкраще вживати ці продукти у свіжому вигляді. Найкориснішими є нерафіновані олії, в той же час, необхідними у помірних кількостях є сало, вершкове масло. Хоча останні є джерелом холестерину, слід зазначити, що цей жир є абсолютно необхідним організму. Він є складником клітинних мембран і надає їм жорсткості. Саме завдяки холестерину мембрана забезпечує збереження форми клітини. Повністю виключати холестерин з харчового раціону (а він є виключно у тваринних жирах) не рекомендують, оскільки це може спровокувати порушення його обміну так само, як і надмірне споживання цієї сполуки (організм людини здатний самостійно синтезувати холоестерин навіть за відсутності його у їжі). Наслідком порушення обміну холестерину є атеросклероз, який часто розвивається у людей старшого віку. Дослідники також вказують на спадковий характер цього захворювання. Тому люди, у родині яких спостерігалась дана патологія, мають бути особливо уважними до свого харчового раціону.

Добова потреба жирів на 1 кг маси дорослої людини - 1,5 г жирів (приблизно 80-100 г на добу). Від 1 до 3 років добова потреба в жирові 32,7 г, від 4 до 7 років – 39,2 г, від 8 до 13 років – 38,4 г.

6. Роль мінеральних речовин, води та вітамінів у обміні речовин

Крім органічних сполук людині необхідні вода і мінеральні солі. Без них обмін речовин неможливий, бо вода і розчинені в ній солі являють собою середовище, де проходять всі найважливіші фізико-хімічні процеси. Вода складає 2/3 маси тіла людини і входить до складу його клітин, міжклітинної і тканинної рідини, плазми та лімфи. У клітинах вона хімічно пов'язана з білками, жирами та вуглеводами. Вода є розчинником неорганічних і органічних сполук. Нормальна кількість води, яку дістає організм протягом доби, дорівнює втраті її. Це нормальний водний баланс організму. Проте величина його може бути різною.

На рівень балансу води в організмі впливають якість їжі (при вживанні солоних страв потреба у воді різко зростає), температура навколишнього середовища, а також стан організму (під час фізичної праці вживання води збільшується).

Потреба у воді на 1 кг маси тіла з віком зменшується, а абсолютна кількість її зростає. Тримісячній дитині потрібно 150-170 г води на 1 кг маси, в 2 роки – 95 г, в 12-13 років – 45 г. Добова потреба у воді у однорічної дитини становить 80 мл, в 4 роки – 950-1000 мл, в 5-6 років – 1200 мл., в 7-10 років – 1350 мл, в 11-14 років – 1500 мл.

Мінеральні речовини в організмі відіграють важливі багатосторонні функції:

· визначають структуру і функції багатьох ферментативних систем, впливають на перебіг біохімічних процесів;

· забезпечують нормальний перебіг ряду фізіологічних процесів (згортання крові, м’язове скорочення);

· беруть участь в пластичних процесах і побудові тканин, особливо кісткової;

· підтримують кислотно-лужну рівновагу рідин організму (рівень рН);

· визначають іонний склад крові та співвідношення розчинних неорганічних компонентів;

· нормалізують водно-сольовий обмін.

Головним джерелом мінеральних сполук для організму є фрукти та овочі. Їхня цінність полягає в тому, що у складі цілісних рослинних продуктів або їхніх соків неорганічні іони знаходяться в природному взаємозв'язку з біологічними структурами. Такі комплекси найкраще засвоюються організмом людини. Всі необхідні неорганічні сполуки є мікроелементами (необхідні у невеликих кількостях), проте виокремлюють групу ультрамікроелементів (потрібні у дуже невеликих кількостях (наприклад, Купрум))

Нижче наводяться короткі дані про основні мінерали, необхідні організму людини:

Елемент	Фізіологічні функції	Добова потреба	Джерела
Кальцій	Компонент кісткової тканини та тканин зубів, участь у процесах м’язового скорочення, згортання крові, роботі ЦНС	1 г	Творог, горох, квасоля, горіхи
Калій	Забезпечує внутрішньоклітинний обмін, діяльність нервової тканини, серця, функціонування еритроцитів, підтримує осмотичний тиск крові та кислотно-лужний баланс, має сечогінний ефект	4 г	Горох, картопля, горіхи
Натрій	Підтримує стабільний осмотичний тиск крові	4 г	Горох, смородина, картопля, помідори, гречка
Магній	Розширює судини, активує перистальтику кишківника, регулює діяльність серця та наднирників, сприяє підриманню високої працездатності	400 мг	Горох, горіхи
Фосфор	Забезпечує нормальну роботу ЦНС, регулює обмін жирів та білків, впливає на енергообмін	700 мг	Квасоля, горіхи, горох, гречка, яйця, пшоно, молоко
Сульфур	Необхідна для синтезу деяких амінокислот	1 г	М’ясо, риба, яйця, бобові
Хлор	Регулює осмотичний тиск рідин організму та водний обмін, необхідний для утворення соляної (хлоридної) кислоти залозистими клітинами шлунка	Присутній у більшості харчових продуктів

Вітаміни — складні органічні речовини, що не мають енергетичної цінності, але необхідні для розвитку організму і здійснення реакцій обміну речовин. Найчастіше вітаміни функціонують як біокаталізатори, бо часто є попередниками небілкових компонентів ферментів організму. Жоден із вітамінів не синтезується в достатній кількості самим організмом, тому вони мають надходити з їжею. При нестачі того або іншого вітаміну розвиваються різні порушення обміну речовин і з'являються симптоми дефіциту цього вітаміну. Такі стани називаються гіповітамінозами, а при повній відсутності вітаміну — авітамінозами. Перевищення норми споживання вітамінів також призводить до порушень функцій організму і відоме під назвою гіпервітамінозу. Вітаміни є компонентами ферментних систем і каталізаторами різних обмінних процесів. Усі вітаміни поділяють на водорозчинні (вітамін С, вітаміни групи В, віт. Р) та жиророзчинні (вітаміни групи Д, віт Е, К) Більшість вітамінів утворюється в рослинах. Перші як правило виконують структурну функцію та є складовими ферментів, другі – входять до складу або є попередниками у синтезі компонентів клітинної мембрани. Данні про деякі вітаміни наведено у таблиці:

Вітамін	Функція	Добова потреба	Джерела
Жиророзчинні
А (ретинол)	Забезпечує нормальний ріст та формування скелету, сутінковій зір, роботу біологічних мембран, печінки, наднирників, стан кісток, зубів, волосся, шкіри та репродуктивної системи	0,5 мг	Печінка, вершки, сир, яйця, риб'ячий жир, нирки, молоко
Провітамін А (каротин)	В організмі перетворюється на вітамін А, має антиоксидантну та антиканцерогенну дію	1,0 мг	Морква, абрикоси, перець, щавель, обліпиха
Група D (D2, D3, D4, D5, D6), (сьогодні вітаміном D називають D2 (ергокальциферол) та D3 (холекальциферол))	Регулюють обмін кальцію та фосфору, зміцнюють зуби, попереджають розвиток рахіту	0,3 мг	Зародки зернових, пивні дріжджі, риб'ячий жир, яйця, молоко
Е (токоферол)	Антиоксидант, забезпечує нормальне функціонування біологічних мембран, статевих залоз, гіпофіза, наднирників, щитоподібної залози; м'язову працездатність, довголіття	12-15 мг	Рослинні олії, зародки злаків, зелені овочі
К (філохінон, вікасол)	Забезпечує нормальне згортання крові при пораненях, має анаболічний вплив (сприяє зростанню м’язової маси)	1,5мг	Зелений салат, капуста
Водорозчинні
В1 (тіамін)	Регулює обмін вуглеводів, забезпечує нормальну роботу шлунка, серця, нервової системи	1 -2,0 мг	Цільні зернові, пивні дріжджі, печінка, картопля
В2 (рибофлавін)	Регулює обмін білків, жирів, вуглеводів, ріст; забезпечує високу якість зору (як сутінкового, так і кольорового)	2,0 мг	Печінка, яйця, пророщене зерно, неочищені крупи, зелені овочі
ВЗ (нікотинова кислота)	Забезпечує нормальне функціонування нервової системи, підтримує стан шкіри, регулює рівень холестерину у крові, функціонування щитоподібної залози та наднирників	10 мг	Пивні дріжджі, проросле зерно, рис, яйця, риба, горіхи, сир, сухофрукти
В12 (ціанко-боламін)	Забезпечує нормальне утворення еритроцитів, регулює обмін білків, покращує ріст і загальний стан організму дітей	3 мкг	Печінка, нирки, риба, сир (домашній)
С (аскорбінова кислота)	Забезпечує нормальне протікання окисно-відновних процесів, підтримує нормальний стан стінок капілярів та артеріол, підвищує стійкість організму до несприятливих факторів, має антиоксидантний вплив	100-300 мг	Шипшина, чорна смородина, капуста, кріп, петрушка, цитрусові, картопля

Таким чином, джерелом вітамінів є не лише продукти рослинного, а й тваринного походження та деякі мікроорганізми (пивні дріжджі).

Активність вітамінів залежить від їх взаємозв'язку із білковими компонентами їжі. Ось чому прийом штучно синтезованих вітамінів допускається лише за неможливості задовольнити потребу у відповідних вітамінах натуральними продуктами. Зокрема, в останньому випадку передозування того чи іншого вітаміну є практично неможливим. Вважають, що надлишок «природного» вітаміну утилізують бактерії товстого кишечника, проте вони не можуть цього зробити зі штучно синтезованими препаратами.

Відомо, що при тривалому зберіганні продуктів кількість вітамінів у них знижується. Так, картопля за 2 місяці зберігання втрачає половину вітаміну С, розсіяне сонячне світло протягом 5-6 хвилин знищує до 64 % вітамінів молока (тому більшість продуктів слід оберігати від впливу світла), вже в перші хвилини варіння їжі більшість вітамінів практично повністю руйнується. При біохімічному способі квашення овочів - без великої кількості кухонної солі - досягається часткове збереження вітаміну С навіть протягом декількох місяців.

Низький вміст вітамінів у їжі призводить до гіповітамінозу, а повний брак їх — до авітамінозу. Авітамінозу в дітей звичайно передує гіповітаміноз, який супроводжується головним болем, дратівливістю чи апатією, погіршенням апетиту, зниженням працездатності, уповільненням росту.

7. Загальна характеристика енергетичного метаболізму

За своїм об’ємом реакції,які забезпечують клітини організму енергією, значно перевищують біосинтетичні процеси. У організмі людини відбуваються два типи процесів отримання енергії: гліколіз (анаеробний (без кисневий) катаболізм) та клітиннедихання (аеробний (кисневий) катаболізм). У обох процесах у послідовних окисно-відновних реакціях відбувається накопичення енергії, яке веде до синтезу аденозинтрифосфату (АТФ). При гліколізі ключовим метаболітом є глюкоза. Під час послідовних хімічних реакцій відбувається процес субстратного фосфорилювання – утворення АТФ із аденозинтрифосфату шляхом приєднання фосфорного залишку. Для цього використовується енергія, отримана завдяки відщепленню протонів (Н⁺) від органічних речовин, які беруть участь у процесі гліколізу. Ефективність гліколізу невисока: з 1 моля глюкози можна отримати лише 2 моля АТФ. Процес гліколізу є ключовим процесом отримання енергії у клітинах без залучення кисню. У деяких випадках він може переважати над кисневим метаболізмом. Наприклад, при тривалих чи інтенсивних навантаженнях м’язи шляхом гліколізу отримують енергію, використовуючи запасний глікоген. Проте, за недостатнього забезпечення киснем при високій швидкості процесу глюкоза повністю не окислюється. Кінцевим продуктом є молочна кислота (лактат), яка викликає неприємні мязові відчуття після активних навантажень. Гліколіз здійснюється переважно у цитоплазмі клітин.

Більш ефективним процесом отримання енергії є кисневий (окисний) катаболізм або дихання. Під час повного окислення 1 моля глюкози до СО₂ і Н₂О становить 25,5 моль АТФ. Процес клітинного дихання притаманний усім організмам, які для своєї життєдіяльності потребують кисню. У даному випадку клітинне дихання – це складні послідовні біохімічні перетворення, метою яких є синтез АТФ. У фінальних стадіях цього процесу бере участь молекулярний кисень. Він надійшов у організм завдяки фізіологічному процесу дихання (газообміну у легенях, транспорту кисню до клітин).

Клітинне дихання відбувається у два послідовні етапи:

1. Реакції циклу Кребса (цикл три карбонових кислот) – забезпечують відщеплення протонів від органічних субстратів з утворенням відновників.

2. Функціонування електронтранспортного ланцюга - для його роботи необхідні протони, отримані у реакціях циклу Кребса (циклу три карбонових кислот). Цей ланцюг – низка послідовних окисно-відновних реакцій, при яких генерується енергія, необхідна для синтезу АТФ з АДФ і фосфатного залишку спеціальними ферментами. Кисень є кінцевою ланкою цього процесу і відновлюється до води. Без кисню отримання енергії є неможливим і практично припиняється, оскільки гліколіз нездатний забезпечити енергетичні потреби організму. Саме з цим пов’язана загибель організмів за відсутності достатньої кількості кисню.

Досить багато енергії організм отримує і при окисненні жирних кислот, хоча частина жирів перетворюється у глюкозу і втягується у вище описані процеси. Так, під час повного окислення 1 моля пальмітинової кислоти утворюється 91,8 моль АТФ. Описані процеси відбуваються у мітохондріях клітин.

Молекула АТФ – є універсальною «енергетичною» валютою і використовується для біосинтезу. Проте, термін її життя невеликий, тому АТФ в організмі не запасається. Натомість, запасними речовинами є жири та глікоген.

8. Поняття про основний обмін речовин

Обмін речовин в організмі підлягає чіткій регуляції з боку нервової та ендокринної систем. Інтенсивність обміну є величиною змінною і залежить від віку, статі, виконуваної роботи, температури зовнішнього середовища і навіть часу доби (особливо від періоду сну чи неспання).

Обмін речовин можна поділити на дві умовні ланки: загальний і основний обмін речовин.

Основний обмін –це та мінімальна кількість енергії, яка необхідна для підтримання життєдіяльності організму за певних умов. Ці умови передбачають проведення досліджень ранком, за відсутності емоційних подразників, натщесерце, при температурі зовнішнього середовища від 18 до 20 °С і відносній вологості 80 – 100 %. Зміни будь-якого з цих факторів обов'язково відобразяться на величині основного обміну.

Основний обмін можна визначити за допомогою фізіологічної калориметрії (прямої і непрямої, наприклад за кількістю видихуваного повітря та його хімічним складом) та за обчисленням валового обміну. При прямій калориметрії людину поміщають у калориметр (теплоізоляційна камера з теплообмінником) і реєструють кількість виділеного тепла. Воно відображає енергетичні трати організму, оскільки кінцевим результатом усякої роботи є виділення тепла. Крім того, добову величину основного обміну можна розрахувати за допомогою емпірично підібраних формул залежно від росту, маси, статі та поверхні тіла.

Для кожної людини основний обмін є відносно сталою величиною. Він залежить від віку, статі, стану нервової системи, діяльності залоз внутрішньої секреції (наприклад, в разі збільшення функції щитовидної залози основний обмін під­вищується), від кліматичних умов (у жаркому кліматі основний обмін речовин на 10...20% нижчий, ніж у холодному).

У дітей величина основного обміну на 1 кг маси тіла більша, ніж у дорослих. Найвищого рівня основний обмін досягає у дітей 4-5 років. У період статевого дозрівання він трохи підвищується, а потім поступово зменшується. Основний обмін вимірюється в кілоджоулях і дорівнює приблизно 4,2 кДж за 1 год на 1 кг маси тіла людини.

Чим інтенсивніша діяльність дитини, тим вищий у неї загальний обмін речовин. Найбільше енергії людина витрачає під час фізичної роботи, а от при розумовій праці витрата енергії збільшується незначно - всього на 2-3%.

Для того, щоб забезпечити правильний пластичний і енергетичний баланс організм має отримувати таку кількість поживних речовин, мінералів та води, скільки потребує для біосинтезу. В той же час кількість енергетичних субстратів (вуглеводів та жирів) має відповідати енергетичним витратам організму протягом певного періоду часу (доби). Якщо сполуки надходять у надлишку, з одного боку, може відбутися порушення їхнього обміну (цукровий діабет, атеросклероз), а також надмірне запасання поживних речовин – жирів, наслідком чого є поява надмірної маси тіла, а пізніше і ожиріння.

За оцінками ВООЗ близько 1 млрд. людей на планеті страждають на ожиріння, надмірна маса тіла все частіше спостерігається у дітей та підлітків, а тому такі порушення розглядають як пандемію (близько 8-10% загальних щорічних медичних витрат припадає на боротьбу з ожирінням та його наслідками. Надмірна маса тіла негативно впливає на опорно-руховий апарат, серцево-судинну систему, ендокринний апарат, часто є причиною психологічних проблем (низька самооцінка, депресії) і навіть дискримінації (у колективах, з боку страхових компаній тощо). Основною ознакою ожиріння є накопичення в організмі зайвої жирової тканини. У чоловіків - вище 10-15%, у жінок – 20-25% маси тіла. для діагностики ожиріння та визначення його ступеня використовують розрахунок індексу маси тіла. З 1997 р. до стандартної формули обрахунку були внесені зміни, які враховують конституцію тіла (крім зросту і маси тіла ще враховують окружність грудної клітки). Також враховують вік, стать, фізіологічний стан організму (наприклад, вагітність) – при цьому у розрахунок ІМТ вносять необхідні корективи.

Для того, щоб уникнути проблем пов’язаних із надлишком чи нестачею пластичного та енергетичного матеріалу для організму слід харчуватися раціонально. «Ідеальний» харчовий раціон є строго індивідуальним. Його розробкою займаються дієтологи. Існують дані про добові потреби людей різного віку у білках, жирах, вуглеводах, вітамінах та мінералах. Вони лежать в основі створення меню у дитячих садках, школах, санаторіях, лікувальних закладах. В той же час, можна теоретично розрахувати добові енерговитрати людини методи непрямої калориметрії).

9. Принципи раціонального харчування

Таким чином, раціональним вважається харчування, яке повністю задовольняє потреби організму людини у білках, жирах, вуглеводах вітамінах, мінералах, а також забезпечує надходження в організм достатньої кількості води. Крім того, харчовий раціон має враховувати енергетичні витрати організму і створюватись не лише з врахуванням віку, а й статі, характеру праці людини, кліматичних умов середовища. Виділяють три основні принципи раціонального харчування:

1. Енергетична збалансованість раціону. Пересічна людина часто забуває, що найважливішою характеристикою харчування є не кількість спожитої їжі, а її енергетична цінність, яка суттєво відрізняється у різних продуктів. Енергетична цінність (калорійність) – це кількість енергії, яка виділяється при окисненні певної речовини (в даному випадку, компонентів їжі). Виражається у калоріях (кілокалоріях, ккал) кілоджоулях (кДж, в системі СІ). Так, при вживанні висококалорійної їжі можна перевищити добову норму калорійності, не отримавши відчуття ситості (наприклад, при вживанні солодощів). Сумарні енерговитрати організму складаються з основного обміну (кількість енергії, що витрачається на роботу усіх систем організму), величини витрат енергії на діяльність (фізичну та розумову), ріст та розвиток у дітей. Середньостатистичні показники таких витрат відомі і представлені у довідковій літературі, наприклад, хлопчики віком 6 років на основний обмін щодоби витрачають 806 ккал, а дівчатка - 805 ккал.

Для полегшення процесу розрахунку індивідуальних енегровитрат розроблено різноманітні компютерні програми - «калькулятори калорій».

2. Різноманітність та збалансованість харчування. Раціон має бути не лише різноманітним, а й збалансованим. тобто співвідношення основних нутрієнтів у ньому має бути найкращим для засвоєння організмом. Оптимальним вважається співвідношення: білки:жири:вуглеводи=1:1:4.

Слід пам'ятати, що на засвоєння багатьох речовин впливає їхнє поєднання з іншими компонентами страв чи продуктами. Зокрема, моркву для засвоєння вітаміну А слід вживати зі сметаною чи олією, засвоєнню кальцію сприяє вітамін Д).

3. Дотримання режиму. Нерегулярне харчування у людини є причиною фізіологічного стресу, тому найкраще скласти оптимальний графік харчування, який враховвує особливості розпорядку вашого робочого і вихідного дня. Оптимальна кількість прийомів їжі для дітей та дорослих є 3-4 рази. Спеціалісти рекомендують такі часові проміжки - 8.00-9.00, 13.00-14.00, 17.00-18.00. У цей час секреція травних соків – найінтенсивніша, тому речовини їжі засвоюватимуться швидше і повніше. Найбільш калорійним має бути сніданок, дещо менше – обід, і «найлегшою» - має бути вечеря. Дотримання режиму харчування у дітей сприяє виробленню харчової домінанти – поява апетиту та внутрішня мотивація їжі у певний час, зосередженя уваги на процесі їжі.

Таким чином, валеологічно обгрунтованим є раціональне харчування. Це не надмірна строгість до організму чи дотримання дієт, а норма, засвоївши яку, людина може свідомо суттєво підвищити якість особистого здоров'я.

Хід роботи:

1. Ознайомтесь із теоретичними відомостями практичної роботи.

2. Розрахуйте величину індивідуальних енерговитрат протягом доби.

Добові енергетичні витрати організму є сумою:

· Основного обміну – витрати енергії на підтримку основних життєвих функцій організму у стані спокою.

· Специфічно-динамічної дії їжі – посилення основного обміну внаслідок надходження їжі – залежно від кількості прийомів становить 10-15% від основного обміну.

· Витрати енергії на виконання робіт, рухову активність.

· У дітей є додаткові витрати енергії на ріст та розвиток – 15% від загальної витрати енергії.

2.1 Розрахуйте величину основного обміну за наведеними методиками (таблиці подано у додатку 1).

Для обчислення основного обміну використовують такі методи:

а) Табличний метод; для цього застосовують таблиці Гаріса-Бенедікта (табл. 1). Основний обмін дорівнює сумі чисел А + Б, де А – число, яке знаходять за масою тіла обстежуваної особи, Б – число, яке знаходять, враховуючи зріст, стать та вік обстежуваної особи;

б) Обчислення основного обміну за площею поверхні тіла – величину основного обміну знаходять за площею поверхні тіла (рис. 1) та стандартами основного обміну на 1 м² поверхні тіла за годину (табл. 2);

в) Обчислення основного обміну (Н) за формулами:

1. ♂: Н = 66,473 + 13,752m+ 5,003s – 6,755a;

♀: Н = 65,096 + 9,563m + 1,850s – 4,676a, де Н – розмір основного обміну, ккал; m – маса тіла, кг; s – зріст, см; a – вік, роки.

2. Формула Дреєра:

де √W - маса тіла; А - вік людини; К - константа (для чоловіків -0,1015, для жінок - 0,1129).

3. Рівняння Гарріса-Бенедикта:

♀: Н =65,5 + (9,6 – маса, кг) – (1,8 – зріст, см) – (4,7 – вік, роки);

♂: Н =65,5 + (13,7 – маса, кг) – (5 – зріст, см) – (6,8 – вік, роки).

2.2 Використавши дані, отримані при розрахунку основного обміну за формулами пункту (в), обчисліть величину СДД їжі (15% величини основного обміну).

2.3 Визначіть загальну суму витрати енергії (h) на виконання робіт та рухової активності за методом хронометражу.

Робоча таблиця для розрахунку індивідуальних добових енерговитрат за методом хронометражу (2.3.1)

Вид діяльності	Час початку та закінчення діяльності	Тривалість діяльності, хв.	Індекс виконаної роботи, ккал за хв./кг маси тіла	Загальна кількість енергії, витраченої на діяльність (h), ккал/кг маси тіла
1. Зарядка (вільні вправи)	7.00-7.15		0,0845	1,27
2.
3.

Маса тіла (m_т) = _____ кг.

Методика виконання завдання:

1. Заповніть робочу таблицю за зразком 2.3.1. У першу колонку робочої таблиці запишіть у хронологічній послідовності всі види діяльності за добу.

3. У другій та третій колонках проставте хронометраж кожного виду діяльності: його початок, закінчення та тривалість у хвилинах.

4. Користуючись табл. 3 (див. додаток), знайдіть та запишіть у колонку робочої таблиці дані енергетичних витрат в кілокалоріях за 1 хв. на 1 кг маси тіла для кожного виду діяльності. Якщо в табл. 3 той чи інший вид діяльності відсутній, слід скористатися даними наближеної за характером діяльності.

5. Щоб визначити витрати енергії при виконанні певної діяльності за той чи інший час, використайте формулу 2.3.2. Результат запишіть у п’яту колонку.

h (виду діяльності) = тривалість роботи (хв.)*індекс виконаної роботи; ккал/кг маси тіла (2.3.2);

6. За формулою 2.3.3 знайдіть загальну величину Ваших енерговитрат протягом доби.

h_заг. = (h₁+ h₂+…+h_n)*m_т (кг) (2.3.3).

Яку кількість калорій Вам слід споживати щодня, дотримуючись принципу раціонального харчування?

3. Оформіть висновки до практичної роботи.

Контрольні запитання:

1. Що таке метаболізм, у чому фізіологічна суть конструктивного та енергетичного метаболізму?

2. Охарактеризуйте обмін білків в організмі людини.

3. Охарактеризуйте обмін вуглеводів в організмі людини.

4. Охарактеризуйте обмін жирів в організмі людини.

5. Які фізіологічні функції мінералів, вітамінів та води в організмі людини?

6. Що таке добові енерговитрати та основний обмін?

7. Які принципи раціонального харчування і чому раціональне харчування важливе для здоров’я людини?

Додаток 1.

Таблиця 1.

Таблиці Гаріса-Бенедікта для обчислення величини основного обміну (ккал)

Значення числа А відповідно до маси тіла

Маса тіла, кг	Стать	Маса тіла, кг	Стать	Маса тіла, кг	Стать
Чол.	Жін.	Чол.	Жін.	Чол.	Жін.

Значення числа Б відповідно до зросту та віку

Жінки

Зріст, см

Вік, роки

Чоловіки

Зріст, см

Вік, роки

Рис. 1. Номограма для визначення

площі поверхні тіла (м²) (за Dubois)

Таблиця 2.

Стандарти основного обміну на 1 м² поверхні тіла за 1 годину

Вік, роки	Величина основного обміну, ккал	Вік, роки	Величина основного обміну, ккал
Чол.	Жін.	Чол.	Жін.
3-9	54,0	54,0	20-29	39,5	37,0
10-11	51,5	50,0	30-39	39,5	36,0
12-13	50,0	46,5	40-49	38,5	36,0
14-15	46,0	43,0	50-59	37,5	35,0
16-17	43,0	40,0	60-69	36,5	34,0
18-19	41,0	38,0	70-80	35,5	33,0

Таблиця 3.

Витрати енергії на виконання різних видів робіт (індекси робіт, що виконуються, із врахуванням основного обміну)

Вид діяльності	Енерговитрати за 1 хв. на 1 кг маси тіла, ккал
Повсякденна активність
Сон	0,01143
Відпочинок лежачи	0,01286
Відпочинок сидячи	0,02
Особиста гігієна	0,03429
Прийом їжі сидячи (сніданок, обід, вечеря і т.п.)	0,02429
Бесіда сидячи	0,02143
Бесіда стоячи	0,0257
Ходьба	0,04143
Підйом по сходах	0,12
Спуск по сходах	0,04
Прийом душу	0,06
Хатня робота
Шиття	0,01857
Чистка картоплі	0,03
Прання вручну	0,04286
Прасування білизни	0,05143
Вибивання і чистка килимів	0,05
Миття підлоги	0,04286
Підмітання підлоги	0,02428
Миття вікон	0,05286
Миття посуду	0,03428
Навчання, розумова праця
Робота за комп’ютером	0,02
Читання	0,02142
Навчання, лекційні заняття, самопідготовка	0,02428
Активний відпочинок, фізична культура, спорт
Ігри з дітьми	0,05
Танці	0,07857
Їзда на велосипеді	0,06428
Ходьба на лижах	0,14143
Бадмінтон	0,09142
Плавання	0,07143
Футбол	0,12714
Теніс	0,10143
Вправи на снарядах (тренажерах)	0,11286
Баскетбол	0,16
Волейбол	0,05
Біг	0,13571
Вільні вправи (розминка, зарядка)	0,0845
Гімнастика	0,03571
Керування автомобілем	0,0267

---

Дата добавления: 2015-10-21