Органическое вещество основной источник энергии в организме. Источник внутренней энергии для организма человека

Химическая работа

+ Q 2

Электричес-кая работа

+ Q 2

Активный транспорт

+ Q 2

Схема 1. Источники энергии в организме, результаты полного окисления пищевых веществ и виды выделяемой теплоты в организме.

Следует добавить, что количество выделяемой при окислении пищевых веществ не зависит от количества промежуточных реакций, а зависит от начального и конечного состояния химической системы. Данное положение было впервые сформулировано Гессом (закон Гесса).

Более подробно данные процессы вы рассмотрите на лекциях и занятиях, которые будут проводить с вами преподаватели кафедры биохимии.

Энергетическая ценность пищевых веществ.

Энергетическая ценность пищевых веществ оценивается при помощи специальных устройств – оксикалориметрах. Установлено, что при полном окислении 1 г. углеводов выделяется 4,1 ккал (1 ккал=4187 Дж.), 1 г. жиров - 9.45 ккал., 1 г. белков – 5,65 ккал. Следует добавить, что часть пищевых веществ, поступающих в организм, не усваивается. Например, в среднем не усваивается около 2% углеводов, 5% жиров и до 8% белков. К тому же, не все пищевые вещества в организме расщепляются до конечных продуктов – углекислого газа (диоксида углерода) и воды. Например, часть продуктов неполного расщепления белков в виде мочевины выделяется с мочой.

С учетом вышеизложенного можно отметить, что реальная энерге-тическая ценность пищевых веществ несколько ниже, чем установлен-ная в экспериментальных условиях. Реальная энергетическая ценность 1 г. углеводов составляет 4,0 ккал, 1 г. жиров – 9,0 ккал, 1 г. белков – 4,0 ккал.

Основные понятия и определения физиологии обмена веществ и энергии.

Интегральной (общей) характеристикой энергетического обмена организма человека являются суммарные энергетические траты или валовый энергетические траты.

Валовые энергетические траты организма - совокупность энергетических трат организма в течение суток в условиях его обычного (естественного) существования. Валовые энергетические траты включают три компонента: основной обмен, специфическое динамическое действие пищи и рабочую прибавку. Валовые энергетические траты оценивают в кдж/кг/сутки или ккал/кг/сутки(1 кдж=0,239 ккал).

Основной обмен.

Начало учению об основном обмене положили работы ученых Тартусского университета Биддера и Шмидта (Bidder and Schmidt, 1852).

Основной обмен – минимальный уровень энергетических трат, необходимый для поддержания жизнедеятельности организма.

Представление об основном обмене, как минимальном уровне энергетических трат организма предъявляет и ряд требований к условиям, в которых должен оцениваться данный показатель.

Условия, в которых должен оцениваться основной обмен:

состояние полного физического и психического покоя (желательно в положении лежа);

температура комфорта окружающей среды (18-20 градусов по Цельсию);

спустя 10 – 12 часов после последнего приема пищи, чтобы избежать увеличения энергетического обмена, связанного с приемом пищи.

Факторы, влияющие на основной обмен.

Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела и половой принадлежности.

Влияние возраста на основной обмен.

Самый высокий основной обмен в пересчете на 1 кг. Массы тела у новорожденных (50-54 ккал/кг/сутки), самый низкий у пожилых людей (после 70 лет основной обмен составляет в среднем 30 ккал/кг/сутки). На постоянный уровень основной обмен выходит к моменту полового созревания к 12 – 14 годам и остается стабильным до 30-35 лет (около 40 ккал/кг/сутки).

Влияние роста и массы тела на основной обмен.

Между массой тела и основным обменом существует практически линейная, прямая зависимость – чем больше масса тела, тем больше уровень основного обмена. Однако, эта зависимость не абсолютна. При повышении массы тела за счет мышечной ткани указанная зависимость практически линейна, однако, если увеличение массы тела связано с увеличением количества жировой ткани эта зависимость приобретает нелинейный характер.

Поскольку масса тела при прочих равных условиях зависит от роста (чем больше рост – тем больше масса тела), между ростом и основным обменом существует прямая зависимость – чем больше рост, тем больше основной обмен.

Учитывая тот факт, что рост и масса тела влияют на общую площадь тела, М. Рубнер (M.Rubner) сформулировал закон, в соответствии с которым основной обмен зависит от площади тела: чем больше площадь тела, тем больше основной обмен. Однако, указанный закон практически перестает работать в условиях, когда температура окружающей среды равна температуре тела. Кроме того, неодинаковая волосистость кожи существенно изменяет теплообмен между организмом и окружающей средой и поэтому закон Рубнера в этих условиях также имеет ограничения.

Влияние половой принадлежности на уровень основного обмена.

У мужчин уровень основного обмена на 5-6% выше, чем у женщин. Это объясняется различным соотношением жировой и мышечной ткани на 1 кг массы тела, а также различным уровнем метаболизма в связи с различиями химической структуры половых гормонов и их физиологическими эффектами.

Специфическое динамическое действие пищи.

Термин специфическое динамическое действие пищи впервые ввел в научный обиход М.Рубнер в 1902 году.

Специфическое динамическое действие пищи – это повышение энергетического обмена организма человека, связанное с приемом пищи. Специфическое динамическое действие пищи – это энергетические траты организма на механизмы утилизации принимаемой пищи. Указанный эффект в изменении энергетического обмена отмечается с момента подготовки к приему пищи, во время приема пищи и продолжается 10-12 часов после приема пищи. Максимальное увеличение энергетического обмена после приема пищи отмечаеся через 3 – 3,5 часа. Специальные исследования показали, что на утилизацию пищи затрачивается от 6 до 10% ее энергетической ценности.

Рабочая прибавка.

Рабочая прибавка является третьим компонентом валовых энергетических трат организма. Рабочая прибавка является частью энергетических трат организма на мышечную деятельность в окружающей среде. При тяжелой физической работе энергетические траты организма могут повышаться в 2 раза по сравнению с уровнем основного обмена.

Методы изучения энергетического обмена у человека.

Для изучения энергетического обмена у человека разработан целый ряд методов объединенный общим названием – калориметрия.

Углеводы и жиры — одни из источников энергии для организма человека. В питании людей старших возрастов они играют особую роль. При этом количество данных природных органических соединений в пище пожилых людей должно быть умеренным. Целесообразно ограничение углеводов преимущественно за счет простого сахара и сладостей, в то время как овощи, фрукты и зерновые культуры должны быть в диете в достаточном количестве. Одновременно следует стремиться повысить долю растительных масел в рационе до половины общего количества жиров. Но все эти рекомендации должны быть строго контролируемы. Нередко наблюдаются случаи, когда желание добиться высокой терапевтической эффективности от применения, например, растительных масел обеспечивается бесконтрольным увеличением его в рационе до количеств, которые вызывают лишь бурное послабляющее действие, отрицательно сказываясь на здоровье пациента. Именно поэтому клиницисту важно обратить особое внимание на многие принципиально значимые метаболические аспекты углеводного и жирового обмена. Эти знания помогут ему правильно организовать слаженную работу в «лаборатории» организма пожилого человека.

Виды углеводов

Углеводы — это полиатомные альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды. Основные представители углеводов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные представители углеводов

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.), или пищевые волокна, играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (см. табл. 2). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Перевариваемые углеводы в тонкой кишке расщепляются до дисахаридов, а далее, путем пристеночного пищеварения, до моносахаридов.

Таблица 2. Роль неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) в питании

Метаболизм глюкозы

Всасывание моносахаров происходит путем облегченной диффузии и активного транспорта, что обеспечивает высокую их абсорбцию даже при низкой концентрации в кишечнике. Основным углеводным мономером является глюкоза, которая изначально по системе воротной вены доставляется в печень, а далее или метаболизируется в ней, или поступает в общий кровоток и доставляется в органы и ткани.

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо- 6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

• расщепление вновь до глюкозы в печени, почках и эпителии кишечника, что позволяет поддерживать постоянный уровень сахара в крови;
• синтез депонируемой формы глюкозы — гликогена — в печени, мышцах и почках;
• окисление по основному (аэробному) пути катаболизма;
• окисление по пути гликолиза (анаэробного катаболизма), обеспечивающего энергией интенсивно работающие (мышечная ткань) или лишенные митохондрий (эритроциты) ткани и клетки;
• по пентозофосфатному пути превращений, происходящему под действием коферментной формы витамина B 1 , в ходе которого генерируются продукты, используемые в синтезе биологически значимых молекул (НАДФ∙Н2, нуклеиновых кислот).

Таким образом, метаболизм глюкозы может происходить по различным направлениям, использующим ее энергетический потенциал, пластические возможности или способность депонироваться.

Энергия для организма

Обеспечение тканей глюкозой как энергетическим материалом происходит за счет экзогенных сахаров, использования запасов гликогена и синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников.

В базальном (доабсорбционном) состоянии печень вырабатывает глюкозу со скоростью, равной ее утилизации во всем организме. Примерно 30 % производства глюкозы печенью происходит за счет гликогенолиза, а 70 % — как результат глюконеогенеза. Общее содержание гликогена в организме составляет примерно 500 г.

Если нет экзогенного поступления глюкозы, его запасы истощаются через 12-18 часов. При отсутствии резервного гликогена в результате голодания резко усиливаются процессы окисления другого энергетического субстрата — жирных кислот. Одновременно увеличивается скорость глюконеогенеза, направленного в первую очередь на обеспечение глюкозой головного мозга, для которого она является основным источником энергии.

Синтез глюкозы

Из аминокислот, лактата, пирувата, глицерина и жирных кислот с нечетной углеродной цепью происходит синтез глюкозы. Большинство аминокислот способны быть предшественниками глюкозы, однако основную роль при этом, как сказано выше, играет аланин. Из аминокислотных источников происходит синтез примерно 6 % эндогенной глюкозы, из глицерина, пирувата и лактата соответственно 2, 1 и 16 %. Вклад жирных кислот в глюконеогенез малозначим, поскольку лишь небольшой процент их имеет нечетное углеродное число.

В постабсорбционном состоянии печень из органа, вырабатывающего глюкозу, превращается в орган запасающий. При повышении концентрации глюкозы скорость ее утилизации периферическими тканями почти не изменяется, поэтому основным механизмом элиминации ее из кровотока является именно депонирование. Только небольшая часть избыточной глюкозы непосредственно участвует в липогенезе, который происходит в печени и в жировой ткани. Эти особенности углеводного метаболизма становятся значимыми при парентеральном введении высококонцентрированных растворов глюкозы.

Принцип самообслуживания

Обмен глюкозы в мышцах по сравнению с печенью носит редуцированный характер. Ведь печень обеспечивает углеводами все органы и ткани, а мышцы работают в соответствии с принципом самообслуживания. Здесь происходит создание запаса гликогена в состоянии покоя и использование его и вновь поступающей глюкозы при работе. Запасы гликогена в мышцах не превышают 1 % от их массы.

Основные энергетические потребности интенсивно работающей мускулатуры удовлетворяются за счет окисления продуктов обмена жиров, а глюкоза используется здесь в гораздо меньшей степени. В процессе гликолиза из нее образуется пируват, который утилизируют скелетные мышцы. При повышении уровня работы мышечная ткань вступает в анаэробные условия, трансформируя пируват в лактат. Тот диффундирует в печень, где используется для глюкозного ресинтеза, а также может окисляться в миокарде, который практически всегда работает в аэробных условиях.

Важнейшие гормоны

Инсулин играет ключевую роль в регуляции углеводного метаболизма, обеспечивая поступление глюкозы в клетку, активируя ее транспорт через клеточные мембраны, ускоряя окисление. Кроме того, он стимулирует гликогенообразование, липо- и протеиногенез. Одновременно тормозится гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез.

Глюкагон, наоборот, активирует процессы, ведущие к росту концентрации глюкозы в крови. Глюкокортикостероиды действуют в направлении гипергликемии, стимулируя процессы продукции глюкозы печенью. Адреналин усиливает мобилизацию гликогена. Соматотропный гормон увеличивает секрецию и глюкагона, и инсулина, что ведет как к увеличению депонирования глюкозы, так и к усилению утилизации. Соматостатин тормозит продукцию соматотропина и опо- средованно сдерживает выработку инсулина и глюкагона.

Путь фруктозы

Специфические превращения других перевариваемых углеводов по сравнению с глюкозой имеют меньшее значение, поскольку в основном их метаболизм происходит через образование глюкозы. Отдельное значение придается фруктозе, которая также является быстро утилизируемым источником энергии и еще легче, чем глюкоза, участвует в липогенезе. При этом утилизация не перешедшей в глюкозо-фосфат фруктозы не требует стимуляции инсулином, соответственно, она легче переносится при нарушении толерантности к глюкозе.

Пластическая функция углеводов заключается в их участии в синтезе гликопротеинов и гликолипидов, а также в возможности выступать предшественниками триглицеридов, заменимых аминокислот, использоваться при построении многих других биологически значимых соединений.

Норма углеводов

Известно, что для людей любого возраста углеводы должны поставлять от 55 до 60 % калорийности суточного пищевого рациона. С уменьшением физической активности (что характерно для людей пожилого возраста) снижается потребность организма в пищевом энергообеспечении. Как уже выше было отмечено, ежедневная потребность в калориях снижается на 10 % в каждые последующие 10 лет после достижения 50-летнего возраста. В связи с этим средней суточной нормой обеспечения организма пожилого и старого человека углеводами принято соответственно 300 и 250 г. Однако физически активный образ жизни лиц старших возрастов, сохранение их профессиональной деятельности требует увеличения обозначенных количеств углеводов на 10-15 и даже 20 % (Levin S. R., 1990; Тошев А. Д., 2008).

Осторожно: ожирение!

Углеводы в организме используются преимущественно как источник энергии мышечной работы. При отсутствии физической нагрузки избыток углеводов в пожилом возрасте легко переходит в жир. Особенно неблагоприятное действие в этом отношении оказывает пищевой избыток легкоусвояемых углеводов, как, например, ди- и моносахаридов, стимулирующих трансформацию в жировую ткань всех без исключения пищевых питательных веществ и способствующих развитию ожирения.

Отмеченные метаболические особенности избытка углеводов, в первую очередь простых, в рационе питания лиц старших возрастов определяют одно из важнейших условий их рационального и профилактического питания — особо тщательный подход к организации адекватного питания: энергетическую сбалансированность пищевого рациона с фактическими энергозатратами в процессе старения организма.

Скорость старения

Важно обратить внимание клиницистов на еще один принципиально значимый метаболический аспект избыточного количества простых углеводов в организме людей старших возрастов. Обнаружено, что поступление больших количеств простых углеводов помимо нарушений углеводного обмена и накопления избытков энергии в естественных и неестественных жировых депо способствует существенному извращению жирового обмена. Речь идет о гиперхолестеринемическом действии избытка низкомолекулярных углеводов, напоминающем по своему патофизиологическому эффекту роль насыщенных жиров в генезе прежде всего атеросклероза и связанных с ним заболеваний. Прогрессирование отмеченных явлений заметно потенцирующе влияет на скорость старения организма (Miles J., 2004).

Избыток легкоусвояемых пищевых углеводов самым неблагоприятным образом влияет на нормальный микробиоценоз кишечника. В условиях избыточного углеводистого питания в организме пожилого человека активизируется патологическое размножение аэробных микроорганизмов кишечника, особенно факультативных, условно патогенных — стафилококков, протея, клостридий, клебсиел, цитробактерий и др. Алиментарный генез кишечного дисбиоза провоцирует появление синдрома бродильной кишечной диспепсии и связанного с этим процессом симптомокомплекса энтеральных нарушений, метаболических расстройств, регуляторных дисфункций многих органов и систем организма, т. е. формирование многих и многих патологических явлений в организме за счет падения контролирующего и регулирующего влияния нормальной кишечной эндоэкологии на важнейшие функции организма. Дисбиоз кишечника — один из заметных стимуляторов скорости развития старения, формирования преждевременного и патологического старения.

Спасительная клетчатка

Противоположным эффектом обладают углеводы, представляющие собой полисахариды и пищевые волокна — пектиновые вещества, гемицеллюлоза, лигнин и другие слабоперевариваемые в кишечнике полисахариды. Особую ценность представляет собой клетчатка овощей и фруктов, сложные углеводы которых в наибольшей степени способствуют нормализации кишечной микрофлоры. В пожилом возрасте пищевые волокна являются важным средством нормализации работы кишечника, снижения в нем гнилостных процессов.

Жировой обмен

Жиры (липиды), представленные в организме в основном триглицеридами (соединениями глицерина и жирных кислот), представляют собой наиболее важный энергетический субстрат. Благодаря высокой калорической плотности (в среднем 9 ккал/г, по сравнению с 4 ккал/г у глюкозы) жиры составляют более 80 % энергетических запасов в организме.

Скудные трансизомеры

При обработке растительных масел — создании маргаринов — происходит изомеризация ненасыщенных жирных кислот с созданием трансизомеров, которые утрачивают некоторые биологические функции своих предшественников.

Энергетическая ценность отдельных триглицеридов определяется длиной углеродных цепей жирных кислот, поэтому при использовании специализированных энтеральных и парентеральных продуктов их калорийность может быть ниже средней (например, у препаратов триглицеридов со средней углеродной цепью — 8 ккал/г). При нормальном питании жиры обеспечивают до 40 % от общей калорийности питания.

Хотите больше новой информации по вопросам диетологии?
Оформите подписку на информационно-практический журнал «Практическая диетология» со скидкой 10%!

Жирные кислоты

Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасыщенные (содержащие двойные химические связи). Источником насыщенных жирных кислот является преимущественно животная пища, ненасыщенных — продукты растительного происхождения.

Пищевая ценность жировых продуктов определяется их триглицеридным спектром и наличием других факторов липидной природы. Синтез насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот возможен в организме человека.

Особое значение в диетологии придается ненасыщенным жирным кислотам, являющимся эссенциальными факторами питания. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), несущие в организме важнейшие функции (это предшественники ряда биологически активных веществ), должны поступать экзогенно.

К эссенциальным жирным кислотам относятся линолевая и линоленовая. Линолевая кислота метаболизируется в организме в арахидоновую, а линоленовая в эйкозапентаеновую кислоту, которые могут поступать в организм с мясными и рыбными продуктами, но в незначительных количествах (см. табл. 3), компонентами клеточных мембран, предшественниками гормоноподобных веществ. Линолевая и образуемая из нее арахидоновая кислота относятся к ω -6 жирным кислотам, линоленовая кислота и продукты ее метаболизма эйкозопентаеновая и дезоксогексаеновая — ω -3 жирные кислоты.

Дефицит эссенциальных жирных кислот в рационе вызывает прежде всего нарушение биосинтеза арахидоновой кислоты, которая входит в большом количестве в состав структурных фосфолипидов и простагландинов. Содержание линолевой и линоленовой кислоты во многом определяет биологическую ценность пищевых продуктов. Недостаточность эссенциальных жирных кислот развивается в основном у больных, находящихся на полном парентеральном питании без применения жировых эмульсий.

Таблица 3. Основные пищевые источники различных жирных кислот

Длина углеродной цепи

Триглицериды со средней длиной углеродной цепи (МСТ, СЦТ) имеют более высокую усвояемость, чем другие виды триглицеридов. Они гидролизируются в кишечнике без участия желчи, больше атакуются липазами. Кроме того, введение среднецепочечных триглицеридов оказывает гипохолестеринемический эффект, так как они не участвуют в мицеллообразовании, необходимом для всасывания холестерина.

Недостатком применения препаратов, содержащих триглицериды со средней длиной углеродной цепи, является то, что они используются исключительно как энергетический (но не пластический) субстрат. Кроме того, окисление таких жирных кислот приводит к интенсивному накоплению кетоновых тел и может усугубить ацидоз.

Стерины и фосфолипиды

Стерины и фосфолипиды не относятся к эссенциальным факторам питания, но играют важнейшую роль в метаболизме.

Фосфолипиды являются незаменимыми компонентами организма. Их основная роль — обеспечение фундаментальной структуры мембраны как барьера проницаемости. Биосинтез структурных фосфолипидов в печени направлен на обеспечение ими самой печени и других органов. Фосфолипиды оказывают липотропное действие, способствуя мицеллообразованию жиров в пищеварительном тракте, транспорту их из печени, а также стабилизируя липопротеины.

Стерины в животных продуктах представлены холестерином, а в растительных — смесью фитостеринов.

Роль холестерина

Холестерин является структурным компонентом мембран и предшественником стероидов (гормонов, витамина D, желчных кислот). Пополнение запасов холестерина происходит за счет кишечной абсорбции и биосинтеза (1 г/сут). Количество всасывающегося в кишечнике холестерина ограничено (0,3-0,5 г/сут), и при излишнем содержании в пище он выводится с фекалиями.

Абсорбция холестерина ингибируется его растительными структурными аналогами фитостеринами. Сами фитостерины тоже могут включаться в эндогенные липидные образования, но их участие минимально. При избыточном поступлении холестерина с пищей его синтез в печени, кишечнике и коже практически прекращается.

Поступающий из кишечника в составе хиломикронов холестерин в значительной степени задерживается в печени, где используется для построения мембран гепатоцитов и в синтезе желчных кислот. В составе желчи в результате реабсорбции в организм возвращается около 40 % жиров. Не подвергшиеся обратному всасыванию в кишечнике холестерин и желчные кислоты — это основной путь выведения холестерина из организма.

Транспортировка липидов

В кровотоке липиды существуют в составе транспортных форм: хиломикронов, липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) и липопротеидов высокой плотности (ЛПВП). В энтероцитах образуются хиломикроны и ЛОПНП, в гепатоцитах — ЛПОНП и ЛПВП, в плазме крови — ЛПВП и ЛПНП.

Хиломикроны и ЛПОНП транспортируют преимущественно триглицериды, а ЛПНП и ЛПВП — холестерин. Холестеринсодержащие липопротеиды регулируют баланс холестерина в клетках: ЛПНП обеспечивают потребности, а ЛПВП предупреждают избыточное накопление.

Различают пять типов дислипопротеинемий. I тип связан с нарушением лизиса хиломикронов, IIа тип — результат нарушения распада ЛПНП и снижения поступления холестерина в клетку, II тип характеризуется замедлением распада ЛПОНП, IV тип связан с усилением синтеза триглицеридов в печени в результате гиперинсулинизма, механизмы развития IIб и V типов точно неизвестны.

На состав триглицеридов и липопротеинов выраженное влияние оказывает состав пищи. Продукты животного происхождения, включающие преимущественно полиненасыщенные жирные кислоты и холестерин, имеют атерогенный эффект, содержание в крови ЛПВП и триглицеридов. Наоборот, ненасыщенные жирные кислоты (их источник — растительные масла), и в особенности ω- 3 жирные кислоты (содержащиеся в жире рыб), оказывают профилактическое действие (см. табл. 4).

Таблица 4. Влияние жирных кислот на липопротеидный спектр

Примечание: — повышают, ↓ — снижают.

Ключевая роль печени

Как и при метаболизме углеводов, ведущую роль в липидном обмене играет печень. Исключительно в печени локализованы такие процессы, как биосинтез холестерина, желчных кислот и фосфолипидов. В обмене других липидов ей присущи модифицирующие и регуляторные функции.

В отличие от богатых запасов гликогена, печень практически не содержит собственных резервов триглицеридов (менее 1 %), однако занимает ключевую позицию в процессах мобилизации, потребления и синтеза жиров в других тканях. Такая ее роль основана на том, что практически все потоки обмена жиров проходят через печень: липиды пищи в виде хиломикронов поступают в нее через общий кровоток по печеночной артерии; свободные жирные кислоты, мобилизованные из жировых депо, переносятся в виде комплексов с альбумином; соли желчных кислот, реабсорбируясь в кишечнике, вновь поступают по воротной вене.

Энергетический потенциал липидов обеспечивает более половины основной энергетической потребности большинства тканей, что особенно выражено в условиях голода. При голодании или снижении утилизации глюкозы триглицериды жировой ткани гидролизируются в жирные кислоты, которые в таких органах, как сердце, мышцы и печень, подвергаются интенсивному β -окислению с образованием АТФ.

Востребованность кетоновых тел

Продуктами неполной утилизации жиров печенью являются кетоновые тела. К ним относятся ацетоуксусная кислота, β -оксибутират и ацетон.

В норме кетоны образуются в незначительном количестве и полностью утилизируются как источник энергии нервной тканью, скелетными и висцеральными мышцами. В условиях ускоренного катаболизма жирных кислот и/или снижения утилизации углеводов синтез кетонов может превысить возможности их окисления внепеченочными органами и привести к развитию метаболического ацидоза. Ингибирующее влияние на кетоногенез оказывают углеводы рациона.

Головной мозг и нервная ткань практически не используют жиры как источник энергии, так как здесь не происходит β -окисления. Однако эти ткани могут использовать кетоновые тела. В норме доля процессов окисления кетоновых тел незначительна по сравнению с катаболизмом глюкозы. Однако в условиях голодания кетоновые тела становятся важным альтернативным источником энергии.

Кетоны используются и мышцами, наряду с происходящей здесь утилизацией глюкозы и β -окислением. При незначительной физической нагрузке мышцы окисляют в основном углеводы, увеличение интенсивности и длительности работы требует преобладания катаболизма жиров, β -окисление в большинстве тканей стимулируется переносчиком липидов карнитином, но особенно весомое значение он имеет для мышечной ткани.

Окисление ПНЖК

Свободнорадикальные формы кислорода вызывают процессы перикисного окисления, которому в первую очередь подвержены полиненасыщенные жирные кислоты. Это физиологический процесс, обеспечивающий регуляцию активности клеток. Однако при избыточном образовании свободных радикалов их окислительная активность приводит к нарушению структуры и гибели клетки. Для ограничения перикисного окисления существует система антиоксидантной защиты, которая ингибирует образование свободных радикалов и разлагает токсичные продукты их окисления. Функционирование этой системы во многом зависит от алиментарно поступающих антиоксидантов: токоферолов, селена, серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, рутина.

Метаболизм углеводов и жиров

Синтез жирных кислот (за исключением эссенциальных) может происходить из любых веществ, для которых конечным продуктом метаболизма является ацетил- Ко-А, но основным источником липогенеза являются углеводы. При излишнем количестве глюкозы в печени (после еды) и достаточных запасах гликогена глюкоза начинает разлагаться до предшественников жирных кислот. То есть если потребление углеводов превышает энергетические потребности организма, их избыток в дальнейшем превращается в жиры.

Регуляция метаболизма жирных кислот и глюкозы тесно связаны: повышенное окисление жирных кислот ингибирует утилизацию глюкозы. Поэтому инфузия жировых эмульсий с соответственным повышением уровня свободных жирных кислот в крови ослабляет действие инсулина на утилизацию глюкозы и стимулирует печеночный глюконеогенез. Этот момент немаловажен при парентеральном питании больных с изначально нарушенной толерантностью к глюкозе.

Секрет взаимосвязи

Взаимосвязь между обменом основных нутриентов осуществляется за счет существования общих предшественников и промежуточных продуктов метаболизма.

Наиболее важным общим продуктом метаболизма, участвующим во всех обменных процессах, является ацетил-Ко-А. Поток веществ в сторону липогенеза от углеводных и белковых источников через ацетил-Ко-А носит однонаправленный характер, поскольку в организме не существует механизма, обеспечивающего превращение этого двухуглеродного вещества в трехуглеродные соединения, необходимые для глюконеогенеза или синтеза заменимых аминокислот. Хотя при катаболизме липидов и происходит образование небольших количеств промежуточных трехуглеродных продуктов, оно малозначительно.

Общим конечным путем всех метаболических систем является цикл Кребса и реакции дыхательной цепи. Цикл лимонной кислоты является поставщиком двуокиси углерода для реакций синтеза жирных кислот и глюконеогенеза, образования мочевины и пуринов и пиримидинов. Взаимосвязь между процессами углеводного и азотного обмена достигается посредством промежуточных продуктов цикла Кребса. Другие звенья этого цикла являются предшественниками липонеогенеза.

Как уже отмечалось выше, основную роль в метаболизме нутриентов играет печень (см. табл. 5).

Таблица 5. Роль печени в метаболизме белков, жиров и углеводов

Норма потребления жиров

Физиологическим верхним пределом количественного обеспечения пожилого человека пищевыми жирами следует рассматривать 1 г/кг для возраста 60-75 лет и 0,8 г/кг для возраста старше 75 лет. Если в молодом и среднем возрасте 30 % от общего потребляемого количества жира должно быть представлено жирами растительного происхождения, а 70 %, соответственно, животными, то у лиц пожилого и старческого возраста представленное количественное соотношение растительных и животных жиров в определенной степени изменяется в сторону увеличения доли растительных жиров до 40 % в пожилом возрасте и до 50 % у лиц старше 75 лет (Goigot J. Et al., 1995 и др.).

Опасность развития атеросклероза, связанная с потреблением богатых холестерином продуктов и большим потреблением жира, не кажется такой критичной для пожилых людей, как для людей среднего возраста. Увеличение квоты жиров с ненасыщенной (по водороду) химической структурой для пожилых людей, и тем более для стариков, прежде всего имеет антиоксидантную направленность, существенно активизирующую санирующие функции организма, повышающие интенсивность процессов перикисного окисления липидов, различными путями интенсифицирующие защиту клеточных структур от свободнорадикального повреждения.

Геронтопротективные пищевые факторы

Важным прямым и опосредованным метаболическим аспектом растительных жиров в организме пожилого человека рассматривается использование стимулирующих возможностей растительных масел на различные физиологические процессы желудочно-кишечного тракта, других систем, начиная с активизации моторики кишечника, билиарной динамики (холекинетический и холеретический компоненты), усиления сорбционных свойств энтероцитов и т. п. и заканчивая многогранными эффектами, положительным влиянием на процессы клеточной регенерации, функции мембран, дифференцировки клеток, синтез многих простагландинов.

Полиненасыщенные жирные кислоты растительных жиров, в отличие от преимущественно энергетической сути насыщенных жирных кислот животных жиров, в стареющем организме с каждым годом его жизни играют все более значимые для противодействия старению функции: обеспечивают всевозрастающие потребности в витаминах и биологически активных веществах антиоксидантной направленности, восстанавливают прогрессирующее снижение цитопротективных свойств клеточных структур, особенно жизненно важных органов, нивелируют инволюционные расстройства мембран клеток и многое-многое другое.

По своей физиологической сути полиненасыщенные жирные кислоты наравне с так называемыми естественными пептидными биорегуляторами могут рассматриваться как геронтопротективные пищевые факторы, физиологическая значимость которых велика в любые периоды жизни человека, но особенно возрастает с наступлением пожилого, тем более старческого возраста.

Существует несколько причин, по которым мы должны обратить на питание особое внимание. Во-первых, все клетки и ткани нашего организма формируются из той пищи, которую мы едим. Во-вторых, пища является источником энергии, необходимой для функционирования организма. В-третьих, пища - это главная часть окружающей среды, с которой мы взаимодействуем. И последнее, пища была создана для того, чтобы наслаждаться ею, для того, чтобы быть неотъемлемой частью радости жизни, и наши чувства позволяют нам по достоинству оценить качество, вкус и саму ткань поедаемого продукта.

Сегодня мы предлагаем вам поговорить о энергетических питательных веществах, содержащихся в нашей пище. К ним относятся углеводы, жиры и белки. Говоря в общем, мы считаем углеводы непосредственным источником энергии, белки - теми кирпичиками, из которых строится весь наш организм, и жиры - энергетическими складами.

В овощах и плодах основные питательные вещества представлены углеводами. Продукты сада и огорода содержат простые (глюкоза, фруктоза, сахароза) и сложные (крахмал, пектины, клетчатка) углеводы. В овощах углеводы представлены крахмалом, за исключением свеклы и моркови, где преобладают сахара. Во фруктах преимущественно содержатся сахара.

Крахмал является важнейшим углеводом растений. Состоит он из большого количества молекул глюкозы. Крахмалом богат картофель. Несколько меньше его в бобовых и поздних сортах яблок. В яблоках, например, в процессе их созревания количество крахмала увеличивается, а при хранении снижается. Это вызвано тем, что при дозревании во время хранения крахмал в продукте переходит в сахар. Много его в зеленых бананах, а в зрелых в 10 раз меньше, так как он превращается в сахара. Крахмал нужен организму в основном для удовлетворения его потребности в сахаре. В пищеварительном тракте под влиянием ферментов и кислот крахмал расщепляется на молекулы глюкозы, которые затем используются для нужд организма.

Фруктоза содержится во многих плодах и овощах. Чем богаче ею плоды, тем они слаще. Доказана прямая зависимость выносливости и работоспособности человека от содержания этого вещества в мышцах и печени. При малой подвижности человека, нервных стрессах, гнилостных процессах в кишечнике, тучности фруктоза наиболее благоприятна из прочих углеводов.

Глюкоза находится в плодах в свободном виде. Она входит в состав крахмала, клетчатки, сахарозы и других углеводов. Глюкоза, которую наш организм использует для производства энергии, - это высококачественное горючее. Циркулируя с потоком крови, глюкоза восполняет постоянную нужду клеток организма. Она наиболее быстро и легко используется организмом для образования гликогена, питания тканей мозга, работы мышц, в том числе сердечной.

Сахароза в больших количествах содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике. Независимо от источников сырья, сахар представляет собой почти чистую сахарозу. Ее содержание в сахарном песке составляет 99,75%, а в сахаре-рафинаде – 99,9%.

Для усвоения простых углеводов (глюкозы, фруктозы и галактозы) пищеварения не требуется. Столовый сахар и мальтоза перевариваются в простые сахара в считанные минуты. Для того чтобы снабдить кровь этой быстро усваиваемой энергией, нашему рациону требуется совсем немного сахара. В случае перенасыщения поджелудочная железа вынуждена работать сверхурочно, производя избыточный инсулин для превращения излишков сахара в жир. В любой определенный промежуток времени наш организм способен справляться должным образом только с ограниченным количеством простых сахаров.

Излишки сахара стопорят человеческую машину подобно тому, как переполненный карбюратор застопоривает двигатель автомобиля, это всего лишь одна из опасностей злоупотребления сахаром. Есть и другие вредные воздействия. Они таковы:

• истощение запасов витамина В1;
• заболевание зубов, поскольку сахар создает идеальную среду для разрушающих зубы микроорганизмов;
• угнетение иммунной системы вследствие того, что сахар угнетает способность белых кровяных клеток убивать микробы;
• повышенное количество жира в крови (от превращения глюкозы в триглицерид);
• стимулирование гипогликемии и возможное начало диабета;
• желудочное раздражение, возникающее, когда в желудке содержится более 10% сахара (раствор концентрированного сахара – это сильный раздражитель слизистой оболочки);
• запор (в богатых сахаром продуктах обычно недостаточное содержание волокон);
• повышение уровня холестерина в крови.

Мы сможем избежать этих осложнений, если заменим в нашем рационе рафинированный сахар на фрукты (один зрелый банан содержит шесть чайных ложек сахара), а основой диеты сделаем сложные углеводы, содержащиеся в пшенице, рисе, картофеле, бобовых и других продуктах, в составе которых есть крахмал.

Большинство сложных углеводов усваиваются на протяжении нескольких часов и высвобождают простые сахара постепенно. Это позволяет поджелудочной железе, печени, надпочечной железе, почкам и другим органам использовать эту энергию должным образом. Более того, из-за повышенного волокнистого содержания углеводсодержащих продуктов мы обычно на такой диете не переедаем.

Другое преимущество сложных углеводов состоит в том, что они содержат минералы, необходимые для соответствующего усвоения других питательных веществ. Рафинированный сахар не имеет ни минералов, ни витаминов, ни волокнистого содержания.

Идеальная диета должна включать, если вообще должна его содержать, минимальное количество сахара (меда, сахарозы, мальтозы, сладких сиропов), а вместо него - обилие сложных углеводов, которыми богаты картофель, злаковые, хлеб и иные продукты из муки грубого помола. Сложные углеводы должны составлять главную часть ежедневного потребления калорий.

«И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя, - вам сие будет в пищу» (Бытие 1: 29).

Подготовила А. Конакова

Итак, основной и единственный источник энергии в организме – это молекула АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Без нее невозможно ни сокращение, ни расслабление мышечных волокон. Очень часто АТФ по праву называют энергетической валютой организма !

Химическая реакция, объясняющая процесс высвобождения энергии из АТФ, выглядит следующим образом:

АТФ + вода –> АДФ + Ф + 10 ккал,
где АДФ – аденозиндифосфорная кислота, Ф – фосфорная кислота.

Под действием воды (гидролиз) от молекулы АТФ отщепляется молекула фосфорной кислоты, при этом образуется АДФ и выделяется энергия.

Однако запас АТФ в мышцах крайне незначителен. Его хватает максимум на 1-2 секунды. Как же в этом случае мы можем выполнять физическую нагрузку часами?

Это объясняет следующая реакция:

АДФ + Ф + энергия (креатинфосфат, гликоген, жирные кислоты, аминокислоты) –> АТФ

Благодаря последней реакции происходит ресинтез АТФ. Эта реакция может протекать только при наличии резерва в организме углеводов, жиров и белков . Они, по сути, и являются истинными источниками энергии и определяют длительность нагрузки!

Очень важно, что скорость первой и второй реакций разная. По мере увеличения интенсивности нагрузки скорость преобразования АТФ в энергию также возрастает. В то время как вторая реакция идет заведомо с меньшей скоростью. На каком-то уровне интенсивности вторая реакция уже не может компенсировать расход АТФ. В этом случае и наступает мышечный отказ. Чем тренированней спортсмен, тем выше уровень интенсивности, при котором происходит этот отказ.

Выделяют два типа физической нагрузки : аэробный и анаэробный. В первом случае процесс ресинтеза АТФ (вторая реакция, указанная выше) возможен лишь при наличии достаточного количества кислорода. Именно в этом режиме нагрузки, а это нагрузка умеренной мощности, по истечении всех запасов гликогена организм охотно будет использовать жир в качестве топлива для образования АТФ. Данный режим во многом определяет такой показатель, как МПК (максимальное потребление кислорода). Если в покое для всех здоровых людей МПК= 0,2-0,3 л/мин, то под нагрузкой этот показатель сильно увеличивается и составляет 3-7 л/мин. Чем тренированнее организм (в основном, это определяется дыхательной и сердечнососудистой системами), тем больший объем потребляемого кислорода может проходить через него в единицу времени (МПК высокий) и тем быстрее протекают реакции ресинтеза АТФ. А это, в свою очередь, напрямую связано с увеличением скорости окисления подкожного жира.

Вывод : В тренировках на снижение жировой прослойки особое внимание следует обратить на интенсивность нагрузки. Она должна быть умеренно мощной . Объем потребляемого кислорода не должен превышать 70% от МПК. Определение МПК – очень сложная процедура, поэтому можно ориентироваться на собственные ощущения: старайтесь просто не допускать дефицита поступаемого кислорода; при выполнении упражнения не должно возникать ощущения нехватки воздуха. Следует также обратить особое внимание на тренировку сердечнососудистой и дыхательной систем, которые в основном и определяют емкость потребляемого кислорода в единицу времени. Развивая тренированность этих двух систем, Вы увеличиваете тем самым скорость расщепления жиров.

Итак, мы рассмотрели аэробный путь ресинтеза АТФ. В следующем выпуске мы остановимся на двух других механизмах ресинтеза АТФ (анаэробных), которые протекают с использованием креатинфосфата и гликогена.

Обмен веществ и энергии - это взаимосвязанные процессы, разделение которых связано только с удобством изучения. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и употребляется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие и поддерживаются все жизненные функции организма. Наряду с этим общее число энергии не изменяется. Соотношение между числом энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное возможно проиллюстрировать на примере деятельности сердца. Сердце делает огромную работу. Любой час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за счет сокращения сердечной мускулы, в которой наряду с этим протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном итоге вся энергия переходит в тепловую, которая рассеивается в организме и отдается им в окружающее пространство. Аналогичные процессы идут в каждом органе человеческого тела. И в каждом случае в конечном счете химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую и рассеиваются во окружающую среду. Количество энергии, расходуемое на исполнение физической работы, определяют как коэффициент нужного действия (кпд). Его средняя величина - 20-25%, у спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 г белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира - 9,3, air углеводов - 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах (табл. 1), возможно установить их калорийность, либо энергетическую цена.

Мышечная деятельность, деятельный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со большим расходом энергии. В некоторых случаях он может быть около 5 000 какое количество, а в дни интенсивных и объемных тренировок у спортсменов и того более. Такое повышение энергозатрат нужно учитывать при составлении пищевого рациона. В то время, когда в пище присутствует много белка, существенно удлиняется процесс ее переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, поскольку излишки его начинают преобразовываться в жир. А представители некоторых видов спорта (к примеру, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают энергию получать из растительной пищи (к примеру, фруктовая пища связана с образованием стремительных углеводов).

Питательные вещества возможно замещать, учитывая их калоричес-кую ценность. Вправду, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен (изодинамичен) 1 г белка, поскольку у них однообразный калорический коэффициент (4,1 ккал), а 1 г белка либо углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Из этого следует, что человек, дневный расход энергии которого 3 000 ккал, может всецело удовлетворить энергетические потребности организма, потребляя в день 732 г углеводов. Но для организма ответственна не только неспециализированная калорийность пищи. В случае если человек достаточно долго потребляет лишь жиры либо белки, либо углеводы, в его организме появляются глубокие трансформации в обмене веществ. Наряду с этим нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, отмечается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты.

Таблица 1. Состав наиболее серьёзных пищевых продуктов (в % сырого вещества)

Говядина средняя жирная

Желток куриного яйца

Белок куриного яйца

Для обычной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, каковые находятся в разных пищевых продуктах. Уровень качества пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее полезными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди различных профессий затрачивают при своей деятельности различное количество энергии. К примеру, занимающийся интеллектуальным трудом в сутки тратит менее 3000 громадных калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за сутки затрачивает в 2 раза больше энергии (табл. 2).

Энергетический расход (ккал/сут) для лиц разных категорий труда

Тяжелый физический Механизированный Умственный

Бессчётные изучения продемонстрировали, что мужчине среднего возраста, занимающемуся и умственным, и физическим трудом в течение 8-10 ч, нужно потреблять в сутки 118 г белков, 56 г жиров, 500 г углеводов. В пересчете это образовывает около 3 000 ккал. Для детей, людей пожилого возраста, для лиц занимающихся тяжелым физическим трудом, требуются личные, научно обоснованные нормы питания. Пищевой рацион составляется с учетом пола, возраста человека и характера его деятельности. Громадное значение имеет режим питания. В зависимости от возраста, рода работы и других параметров устанавливается 3-6-разовое питание в день с определенным процентным содержанием пищи на любой прием.

Так, дабы сохранять энергетический баланс, поддерживать обычную массу тела, снабжать высокую работоспособность и профилактику разного рода патологических явлений в организме, нужно при полноценном питании расширить расход энергии за счет увеличения двигательной активности, что значительно стимулирует обменные процессы.

Наиболее значимая физиологическая константа организма - то предельное число энергии, которое человек расходует в состоянии полного спокойствия. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и образовывает величину основного обмена.

Основной обмен человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14ч по окончании последнего приема пищи; при температуре комфорта (20°С). Нарушение любого из этих условий ведет к отклонению обмена веществ в сторону увеличения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

Основной обмен есть личной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена существенно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние приводит к заметной интенсификации обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. В случае если основной обмен взрослого человека равен 1700- 1800 ккал, то рабочий обмен в 2-3 раза выше. Так, основной обмен есть исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена возможно серьёзным диагностическим показателем переутомления, перенапряжения и недовосстановления либо заболевания.