Введение
1. Масса и сила мышц в различном возрасте
2. Возрастные особенности обмена веществ
3. Возрастная динамика основного обмена
4. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с детьми и подростками.
5. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой с лицами пожилого возраста.
Использованная литература
Введение
Методика занятий физическими упражнениями с лицами разного возраста характеризуется, рядом отличительных черт. В основе этих различий лежат особенности растущего, зрелого и стареющего организма. Особенно осторожным надо быть при занятиях физической культурой с детьми и лицами преклонного возраста. Это связано с наибольшей уязвимостью растущего и стареющего организма к различного рода воздействиям, в том числе и физическим упражнениям.
Различают следующие возрастные периоды:
1. Детский возраст - от рождения до начала периода полового созревания (12-13 лет).
2. Подростковый возраст (период полового созревания) - от 12-13 до 16 лет у девочек и от 13-14 до 17-18 лет у мальчиков.
3. Юношеский возраст - от 16 до 25 лет у женщин и от 17 до 26 лет у мужчин.
4. Взрослый возраст - от 25 до 40 лет у женщин и от 26 до 45 лет у мужчин. Период относительной стабилизации морфологических и обменных процессов.
5. Зрелый возраст - от 40 до 55 лет у женщин и от 45 до 60 лет у мужчин. 6. Пожилой возраст - от 55 до 75 лет у женщин и от 60 до 75 лет у мужчин.
7. Старческий возраст - свыше 75 лет у женщин и у мужчин. Начинает развиваться общая инволюция организма.
Период роста характеризуется неинтенсивным, синтезом белка и нуклеиновых кислот. Происходит увеличение процентного отношения мышечной ткани к весу тела. Интенсивный синтез белков и нуклеиновых кислот требует значительных энергетических затрат. Для ребенка характерна также повышенная двигательная активность и значительные теплопотери (отношение поверхности тела к весу у детей выше, чем у взрослых). Это также, требует значительных затрат энергии. Для растущего организма характерны пониженные анаэробные возможности. Это связано с относительно низким содержанием креатинфосфата и гликогена, ограниченными буферными возможностями организма, меньшей устойчивостью к продуктам анаэробного обмена.
Для стареющего организма характерно общее снижение интенсивности обменных процессов, значительное снижение пластического обмена. Процесс распада белков начинает преобладать над их синтезом, что приводит к снижению содержания общего белка и его фракций в клетках и жидкостях организма. Атрофируются многие нервные, мышечные и др. клетки, снижается содержание и активность белков-ферментов, содержание гемоглобина крови и миоглобина мышц. Снижается содержание мобильных источников энергии, уменьшаются буферные возможности и устойчивость ферментов к изменениям рН внутренней среды.
К старости увеличивается содержание солей в костной ткани, что снижает их эластичность и повышает ломкость. Снижается эластичность и прочность связок, ухудшается кровоснабжение мышц и других органов и тканей. Все это делает опасным для здоровья выполнение интенсивных упражнений скоростного и скоростно-силового характера: спринтерского бега, различных прыжков, упражнений с большим отягощением и т. п. К старости происходит снижение функций желез внутренней секреции, в том числе обеспечивающих «готовность организма к работе» - повышение активности ферментов энергетического обмена, снабжение работающих мышц энергетическими субстратами и т.п.
Задача физических упражнений в пожилом возрасте – замедлить развитие возрастных изменений и сохранить работоспособность.
Лицам пожилого возраста всесторонне воздействовать на организм, умеренная интенсивность работы и достаточное время для отдыха.
МАССА И СИЛА МЫШЦ В РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ
Механизм мышечного сокращения.
Скелетные мышцы обладают такими свойствами, как возбудимость, проводимость и сократимость. Возбуждение и сокращение мышцы вызывается нервными импульсами, поступающими из нервных центров. Нервные импульсы, приходящие в область контакта нерва и мышцы, приводят к выделению медиатора ацетилхолина, вызывающего потенциал действия. Под влиянием потенциала действия происходит высвобождение кальция, запускающего всю систему мышечного сокращения. В присутствии ионов Са под влиянием активного фермента миозина начинается расщепление аденозинтрифосфата (АТФ), являющегося основным источником энергии при мышечном сокращении. При передаче этой энергии на миофибриллы белковые нити начинают перемещаться относительно друг друга, в результате чего изменяется длина миофибрилл - мышцы сокращаются. Мышцы действуют на костные рычаги, приводят их в движение. В каждом движении участвует несколько мышц. Мышцы, действующие в одном направлении, называются синергистами, действующие в разных направлениях – антагонистами.
Масса и сила мышц в различные возрастные периоды
Сила мышц зависит от особенностей прикрепления их к костям. Кости вместе с прикрепляющимися к ним мышцами являются своеобразными рычагами, и мышца может развивать тем большую силу, чем дальше от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести она прикрепляется. У человека мышечная сила составляет 5-10 кг. на 1 см физиологического поперечника мышцы.
В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее мышц верхней и нижней конечности. К году мышцы верхней конечности более развиты, чем мышцы нижней конечности. К 4-5 годам мышцы плеча и предплечья обгоняют в развитии мышцы кисти. Ускорение развития мышц кисти происходит в 6-7 лет, когда ребенок приучается к труду и письму. Развитие мышц - сгибателей начинает опережать развитие мышц -разгибателей. У сгибателей масса больше, чем у разгибателей.
Масса мышц интенсивно нарастает, когда ребенок начинает ходить, и к 2-3 годам составляет примерно 23% массы тела, далее повышается к 8-ми годам до 27%. У подростков 15 лет она составляет 32,6% массы тела. Наиболее быстро масса мышц нарастает в возрасте от 15 до 17-18 лет и составляет 44,2%.
Увеличение мышечной массы достигается как их удлинением, так и увеличением их толщины, в основном за счет диаметра мышечных волокон. К 3-4 годам диаметр мышц возрастает в 2-2,5 раза. С возрастом резко увеличивается количество миофибрилл. К 7 годам по сравнению с новорожденным оно увеличивается в 15-20 раз. В период от 7 до 14 лет рост мышечной ткани происходит как за счет структурных преобразований мышечного волокна, так и в связи со значительным ростом сухожилий.
Увеличение мышечной массы и структурные преобразования (растяжимость, эластичность) мышечных волокон приводят к увеличению с возрастом мышечной силы. В дошкольном возрасте сила мышц незначительна. После 4-5 лет увеличивается сила отдельных мышечных групп. Наиболее интенсивно мышечная сила увеличивается в подростковом возрасте. У мальчиков прирост силы начинается в 13-14-лет, у девочек - с 10-12 лет. В 13-14 лет проявляются половые различия в мышечной силе, показатели относительной силы мышц девочек значительно уступают соответствующим показателям мальчиков.
В 18 лет рост силы замедляется и к 25-26 годам заканчивается.
Сила мышц, осуществляющих разгибание туловища, достигает максимума в 16 лет. Максимум силы разгибателей и сгибателей верхних и нижних конечностей отмечается в 20-30 лет.
У стариков средняя масса скелетных мышц уменьшается до 25-30% от массы тела.
Расчет величины максимальной силы на 1 кг. веса тела позволяет оценить совершенство нервной регуляции, химизма и строения мышц. Отмечено, что в возрасте от 4-5 до 6-7 лет нарастание максимальной силы почти не сопровождается изменениями ее относительного показателя. Причиной указанного роста являются несовершенство нервной регуляции и функциональная незрелость мотонейронов, не позволяющих эффективно мобилизовать увеличенную к этому возрасту мышечную массу. В дальнейшем в возрасте после 6-7 до 9-11 лет для мышц рост относительной силы становится особенно заметным. В это время наблюдаются быстрые темпы совершенствования нервной регуляции произвольной мышечной деятельности, а также изменения биохимической и гистологической структуры мышц. Это положение подтверждается тем, что в возрастной период от 4до 30 лет мышечная масса возрастает в 8 раз, а сила мышц в 9-14 раз.
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
1.Белковый обмен в развивающемся организме.
Процессы роста, количественными показателями которых является увеличение массы тела и уровень положительного азотистого баланса - одна сторона развития. Вторая его сторона - дифференциация клеток и тканей, биохимической основой которого является синтез ферментативных, структурных и функциональных белков.
Белки синтезируются из аминокислот, которые поступают из органов пищеварительной системы. Причем эти аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Если незаменимые аминокислоты (лейцин, метионин и триптофан и др.) не поступают с пищей, то в организме синтез белков нарушается. Особенно важно поступление незаменимых аминокислот для растущего организма, например, отсутствие лизина в пище приводит к задержке роста, истощении мышечной системы, недостаток валина - расстройствам равновесия у ребенка.
При отсутствии заменимых аминокислот в пище они могут синтезироваться из незаменимых (тирозин может синтезироваться из фенилаланина).
И наконец, белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, обеспечивающих нормальные процессы синтеза, относятся к биологически полноценным белкам. Биологическая ценность одного и того же белка для разных людей различна в зависимости от состояния организма, пищевого режима, возраста.
Способность удерживать азот у детей подвержена значительным индивидуальным колебаниям и сохраняется на протяжении всего периода прогрессивного роста.
Как правило, взрослым людям не свойственна способность к задержке азота пищи, их метаболизм находится в состоянии азотистого равновесия. Это свидетельствует о том, что потенциальные возможности к белковому синтезу сохраняются длительное время - так, под влиянием физической нагрузки происходит нарастание массы мышц (положительный азотистый баланс).
В периоды стабильного и регрессивного развития, по достижению максимального веса и прекращения роста, основную роль начинают играть процессы самообновления, происходящие в течении всей жизни и которые к старости затухают гораздо медленнее, чем другие виды синтеза.
Возрастные изменения затрагивают не только белковый, но также жировой и углеводный обмен.
2.Возрастная динамика обмена жиров и углеводов.
Физиологическая роль липидов - жиров, фосфатидов и стеринов в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластический обмен), а также используются как богатые источники энергии (энергетический обмен). Углеводы в организме имеют значение энергетического материала.
С возрастом изменяется жировой и углеводный обмен. В процессах роста и дифференцировки жиры играют существенную роль. Особенно важны жироподобные вещества, прежде всего потому, что они необходимы для морфологического и функционального созревания нервной системы, для образования всех видов клеточных мембран. Вот почему потребность в них в детском возрасте велика. При недостатке углеводов в пище жировые депо у детей быстро истощаются. Интенсивность синтеза в значительной мере зависит от характера питания.
Фазы стабильного и регрессивного развития характеризуются своеобразной переориентацией анаболических процессов: переключение анаболизма с синтеза белков на синтез жиров, что составляет одну из характерных черт возрастных изменений метаболизма при старении.
В основе возрастной переориентации анаболизма в сторону накопления жира в ряде органов лежит понижение способности тканей к окислению жира, вследствие чего при неизменной и даже пониженной скорости синтеза жирных кислот организм обогащается жирами (так, наблюдалось развитие ожирения даже при 1-2 разовом питании). Несомненным является и то, что в переориентации процессов синтеза, помимо факторов питания и нервной регуляции, имеет большое значение изменение гормонального спектра, в частности изменения в скорости образования соматотропного гормона, гормонов щитовидной железы, инсулина, стероидных гормонов.
Перестраивается с возрастом и углеводный обмен. У детей обмен углеводов совершается с большей интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ. В детском возрасте углеводы выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, формируя клеточные мембраны, вещества соединительной ткани. Углеводы участвуют в окислении продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Углеводы усваиваются детским организмом лучше, чем взрослым. Одним из существенных показателей возрастных изменений углеводного обмена является резкое увеличение к старости времени устранения гипергликемии, вызванной введением глюкозы при пробах на сахарную нагрузку.
3.Водно-солевой обмен.
Превращение веществ в организме совершается в водной среде, вместе с минеральными веществами вода принимает участие в построении клеток и служит реагентом в клеточных химических реакциях. Концентрация минеральных солей, растворенных в воде, обуславливает величину осмотического давления крови и тканевой жидкости, имея таким образом большое значения для всасывания и выделения. изменения количества воды в организме и сдвиги в солевом составе жидкости тела и тканевых структур влекут за собой нарушение устойчивости коллоидов, следствием чего могут быть необратимые нарушения и гибель отдельных клеток и далее организма в целом. Именно поэтому сохранение постоянного количества воды и минерального состава является необходимым условием нормальной жизнедеятельности.
В фазе прогрессивного роста вода участвует в процессах созидания массы тела. Известно, например, что из суточной прибавки массы тела в 25 г на долю воды приходится 18, белка - 3, жира - 3 и минеральных солей - 1 г. Чем моложе организм, тем больше суточная потребность в воде. В первые полгода жизни потребность ребенка в воде достигает 110-125 г на 1 кг веса, к 2 годам она снижается до 115-136 г, в 6 лет - 90-100 г, 18 лет - 40-50 г. Дети способны быстро терять и также быстро депонировать воду.
Общей закономерностью индивидуальной эволюции является уменьшение воды во всех тканях. С возрастом происходит перераспределение воды в тканях - увеличивается объем воды в межклеточных пространствах и уменьшается объем внутриклеточной воды.
Баланс многих минеральных солей зависит от возраста. В молодости содержание большинства неорганических солей меньше, чем у взрослых. Особое значение имеет обмен кальция и фосфора. Повышенные требования к поступлению этих элементов у детей до года объясняются усиленным образованием костной ткани. Но не меньшее значение эти элементы имеют и в старости. Поэтому пожилым людям необходимо вводить в рацион питания продукты, содержащие эти элементы (молоко, молочные продукты), во избежание расходования этих элементов из костной ткани. А содержание хлорида натрия, наоборот, следует снижать в рационе в связи с ослаблением продукции минералокортикоидов в надпочечниках с возрастом.
4.Возрастная динамика основного обмена
Под основным обменом понимается минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат при строго постоянных условиях: за 14-16 часов до приема пищи, в положении лежа в состоянии мышечного покоя при температуре 8-20 С. У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7-7,6 МДж в сутки. При этом для каждого человека величина основного обмена относительно постоянная.
Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых, так как на единицу массы у них приходится относительно большая поверхность тела, и процессы диссимиляции, а не ассимиляции являются преобладающими. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так что расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36%, в возрасте 6 мес. - 26%, 9 мес. - 21 % общей энергетической ценности пищи.
В глубокой старости (фаза регрессивного развития) наблюдается уменьшение веса тела, а также уменьшение линейных размеров тела человека, основной обмен падает до низких величин. Причем степень снижения основного обмена в этом возрасте коррелирует, по данным разных исследователей с тем, насколько у старых людей выражены признаки дряхлости и утрачена.
В онтогенезе варьирует не только средняя величина энергетического обмена, но и существенно изменяются возможности повышения этого уровня в условиях напряженной, например, мышечной деятельности.
Повышение тонуса скелетных мышц при недостаточной активности центра блуждающего нерва в течение первого года жизни способствует повышению энергетического обмена. Роль возрастной перестройки деятельности скелетной мускулатуры в динамике энергетического обмена особенно отчетливо выделяется при исследовании газообмена людей разного возраста в состоянии покоя и при физической деятельности. Для прогрессивного роста увеличение обмена в покое характеризуется снижением уровня основного обмена и совершенствованием энергетической адаптации к мышечной деятельности. В период стабильной фазы сохраняется высокий обмен функционального покоя и значительно повышается обмен при работе, достигая стабильного, минимального уровня основного обмена. И в регрессивной фазе, разница между обменом функционального покоя и основным обменом непрерывно уменьшается, удлиняется время отдыха.
Многие исследователи считают, что снижение энергетического обмена целостного организма на протяжении онтогенеза обусловлено, в первую очередь, количественными и качественными изменениями метаболизма в самих тканях, о величине которых судят по соотношению между основными механизмами освобождения энергии - анаэробным и аэробным. Это позволяет выяснить потенциальные возможности тканей генерировать и использовать энергию макроэргических связей.
В результате освоения данной главы студент должен: знать
владеть
Знаниями об участии пищевых веществ в обмене веществ.
Обмен веществ, или метаболизм (от греч. metabole - превращение), - это совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. В обмене веществ и энергии выделяют два противоположных взаимосвязанных процесса: анаболизм, лежащий в основе ассимиляции , и катаболизм, основу которого составляет диссимиляция.
Анаболизм (от греч. anabole - подъем) - совокупность процессов синтеза тканевых и клеточных структур, а также необходимых для жизнедеятельности организма соединений. Анаболизм обеспечивает рост, развитие и обновление биологических структур, накопление энергетического субстрата. Энергия накапливается в виде высокоэнергетических фосфатных соединений (макроэргов), таких как АТФ.
Катаболизм (от греч. katabole - сбрасывание вниз) - совокупность процессов распада тканевых и клеточных структур и расщепления сложных соединений для энергетического и пластического обеспечения процессов жизнедеятельности. При катаболизме высвобождается химическая энергия, которая используется организмом для поддержания структуры и функции клетки, а также для обеспечения специфической клеточной активности: сокращения мышц, выделения секрета желез и т.д. Конечные продукты катаболизма - вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. - удаляются из организма.
Таким образом, катаболические процессы поставляют энергию и исходные вещества для анаболизма. Анаболические процессы необходимы для построения и восстановления структур и клеток, формирования тканей в процессе роста, для синтеза гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности организма. Для реакций катаболизма они поставляют подлежащие расщеплению макромолекулы. Процессы анаболизма и катаболизма взаимосвязаны и находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста, состояния здоровья, выполняемой физической или психической нагрузки. У детей преобладание анаболических процессов над катаболическими характеризует процессы роста и накопления массы тканей. Наиболее интенсивное увеличение массы тела наблюдается в первые три месяца жизни - 30 г/сутки. К году она снижается до 10 г/сутки, в последующие годы снижение продолжается. Энергетическая стоимость роста также наиболее велика в первые три месяца и составляет около 140 ккал/сутки или 36% энергетической ценности пищи. От трех лет и до периода полового созревания она снижается до 30 ккал/сутки, а затем вновь возрастает - до 110 ккал/сутки. Анаболические процессы более интенсивны у взрослых людей в период выздоровления после болезни. Преобладание катаболических процессов характерно для людей старых или истощенных тяжелой длительной болезнью. Как правило, это связано с постепенным разрушением тканевых структур и выделением энергии.
Суть обмена веществ состоит в поступлении в организм различных питательных веществ из внешней среды, усвоении и использовании их в качестве источников энергии и материала для построения структур организма и выделении образующихся в процессе жизнедеятельности продуктов обмена во внешнюю среду. В связи с этим выделяют четыре основные составляющие функции обмена".
Обмен веществ в организме происходит в несколько этапов. Первый этап - превращение пищевых веществ в пищеварительном тракте. Здесь сложные вещества нищи расщепляются до более простых - глюкозы, аминокислот и жирных кислот, способных всасываться в кровь или лимфу. При расщеплении питательных веществ в ЖКТ выделяется энергия, которая получила название первичной теплоты. Она используется организмом для поддержания температурного гомеостаза.
Второй этап превращения веществ проходит внутри клеток организма. Это так называемый внутриклеточный, или промежуточный , обмен. Внутри клетки продукты первого этапа обмена - глюкоза, жирные кислоты, глицерин, аминокислоты - окисляются и фосфорилируются. Эти процессы сопровождаются высвобождением энергии, большая часть которой запасается в макроэргичсских связях АТФ. Продукты реакции обеспечивают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекулярных компонентов. Решающая роль при этом принадлежит многочисленным ферментам. При их участии внутри клетки осуществляются сложные химические реакции окисления и восстановления, фосфорилирования, переаминирования и др. Обмен веществ в клетке возможен лишь при интеграции всех сложных биохимических превращений белков, жиров и углеводов при участии общих для них источников энергии (АТФ) и за счет существования общих предшественников или общих промежуточных веществ. Общий энергетический запас клетки образуется за счет реакции биологического окисления.
Биологическое окисление бывает аэробным и анаэробным. Аэробные (от лат. аег - воздух) процессы требуют наличия кислорода, осуществляются в митохондриях и сопровождаются накоплением большого количества энергии, покрывающей основные энерготраты организма. Анаэробные процессы протекают без участия кислорода, в основном в цитоплазме и сопровождаются накоплением небольшого количества энергии в виде АТФ, используемой для удовлетворения ограниченных кратковременных потребностей клетки. Так, для мышечной ткани взрослого человека характерны аэробные процессы, в то время как в энергетическом обмене плода и детей первых дней жизни преобладают анаэробные процессы.
При полном окислении 1 М глюкозы или аминокислот образуется 25,5 М АТФ, а при полном окислении жиров - 91,8 М АТФ. Энергия, запасенная в АТФ, используется организмом для совершения полезной работы и превращается во вторичную теплоту. Таким образом, энергия, высвобождаемая при окислении питательных веществ в клетке, в конечном счете, превращается в тепловую энергию. В результате аэробного окисления продукты питательных веществ превращаются в С0 2 и Н 2 0, безвредные для организма.
Однако в клетке может происходить и прямое соединение кислорода с окисляемыми веществами без участия ферментов, получившее название свободнорадикального окисления. При этом образуются высокотоксичные для организма свободные радикалы и перекиси. Они повреждают мембраны клетки и разрушают структурные белки. Предупреждением такого вида окисления является употребление в пищу витаминов Е, А, С и др., а также микроэлементов (Se и др.), которые превращают свободные радикалы в стабильные молекулы и предупреждают образование ядовитых перекисей. Это обеспечивает нормальное течение биологического окисления в клетке.
Конечный этап обмена веществ - выделение продуктов распада с мочой и экскретами потовых и сальных желез.
Пластический и энергетический обмены выступают в организме как единое целое, однако роль различных пищевых веществ в их осуществлении неодинакова. У взрослого человека продукты расщепления жиров и углеводов в основном используются для обеспечения энергетических процессов, а белков - для построения и восстановления структур клеток. У детей в связи с интенсивным ростом и развитием организма в пластических процессах участвуют углеводы. Биологическое окисление служит источником не только богатых энергией фосфатов, но и углеродных соединений, используемых при биосинтезе аминокислот, углеводов, липидов и других компонентов клетки. Этим объясняется значительно более высокая интенсивность энергетического обмена у детей.
Вся энергия химических связей поступающих в организм питательных веществ в итоге превращается в тепло (первичную и вторичную теплоту), поэтому по количеству образовавшегося тепла можно судить о величине энергетических затрат для осуществления жизнедеятельности.
Для оценки энергозатрат организма применяются методы прямой и непрямой калориметрии, с помощью которых можно определить количество тепла, выделенного организмом человека. Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, которое организм выделяет в окружающую среду (например, за час или за сутки). С этой целью человека помещают в специальную камеру - калориметр (рис. 12.1). Стенки калориметра омывает вода, по температуре нагрева которой судят о количестве выделенной энергии. Прямая калориметрия обеспечивает высокую точность оценки энергозатрат организма, но из-за громоздкости и сложности этот способ используется только для специальных целей.
Для определения энергозатрат человека чаще используется более простой и доступный метод непрямой калоримет-
Рис. 12.1.
Калориметр используется для исследований, проводимых на человеке. Суммарная выделяющаяся энергия состоит из: 1) возникающего тепла, измеряемого по повышению температуры воды, протекающей в змеевике камеры; 2) скрытой теплоты парообразования, измеряемой но количеству водяных паров, извлекаемых из окружающего воздуха первым поглотителем Н 2 0; 3) работы, направленной на объекты, находящиеся вне камеры. Потребление 0 2 измеряется по его количеству, которое приходится добавлять, чтобы содержание его в камере оставалось постоянным
рии - по данным газообмена. Учитывая, что общее количество энергии, выделяемой организмом, является результатом распада белков, жиров и углеводов, а также зная количество энергии, выделяемой при распаде каждого из этих веществ (их энергетическую ценность), и количество распавшихся веществ за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Чтобы установить, какие вещества подверглись в организме окислению (белки, жиры или углеводы), вычисляют дыхательный коэффициент (ДК), под которым понимают отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. При наличии сведений об объемах поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа метод косвенной калориметрии называется «полным газовым анализом». Для его выполнения необходима аппаратура, позволяющая определить объем углекислого газа. В классической биоэнергетике с этой целью используют мешок Дугласа, газовые часы, а также газоанализатор Холдена, в котором существуют поглотители углекислого газа и кислорода. Метод позволяет оценить процентное соотношение 0 2 и С0 2 в исследуемой пробе воздуха. По данным измерений рассчитывается объем поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа.
Разберем сущность этого метода на примере окисления глюкозы. Суммарная формула распада углеводов выражается уравнением
Для жиров ДК равен 0,7. При окислении белковой и смешанной пищи величина ДК принимает промежуточное значение: между 1 и 0,7.
Испытуемый берет в рот мундштук мешка Дугласа (рис. 12.2), его нос закрывают зажимом, и весь выдыхаемый за определенный промежуток времени воздух собирается в резиновый мешок.
Объем выдыхаемого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа. Содержание газов во вдыхаемом воздухе известно. По разности в процентах вычисляют количество потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и ДК:
Зная величину ДК, находят калорический эквивалент кислорода (КЭО2) (табл. 12.1), т.е. количество тепла, образующегося в организме при потреблении 1 л кислорода.
Рис. 12.2.
Умножив значение КЭ0 2 на количество литров потребленного 0 2 , получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого определялся газообмен.
По ней определяют суточную величину обмена.
В настоящее время существуют автоматические газоанализаторы, позволяющие одновременно определить объем потребляемого 0 2 и объем выдохнутого С0 2 . Однако большинство имеющихся медицинских приборов позволяет определить лишь объем поглощенного 0 2 , поэтому в практике широко используется метод косвенной калориметрии , или неполный газовый анализ. В этом случае определяется лишь объем поглощенного 0 2 , поэтому расчет ДК невозможен. Условно принимают, что в организме окисляются углеводы, белки, жиры. Считается, что ДК в этом случае равен 0,85. Ему соответствует КЭ0 2 , равный 4,862 ккал/л. Дальнейшие расчеты проводятся, как и при полном газовом анализе.
Таблица 12.1
Значение ДК и КЭ0 2 при окислении в организме различных питательных веществ
Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т. е. образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.
Работа организма сопровождается непрерывным его обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 часть клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д. Рост и обновление клеток организма возможны только случае непрерывного поступления в организм кислорода и питательных веществ. Питательные вещества являются именно тем строительным и пластическим материалом, из которого строится организм.
Для непрерывного обновления, построения новых клеток организма, работы его органов и систем – сердца, желудочно-кишечного тракта, дыхательного аппарата, почек и другого, для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию человек получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. Следовательно, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим строительным материалом, но и источником энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.
Таким образом, под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт и до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.
Анаболизм и катаболизм. Обмен веществ, или метаболизм, является тонко согласованным процессом взаимодействия двух взаимно противоположных процессов, протекающих в определенной последовательности. Анаболизмом называют совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов вступают в реакции обмена веществ и становятся веществами самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур.
Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечными продуктами катаболизма являются вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. Эти вещества недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма.
Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества. Анаболические процессы обеспечивают построение структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма; обеспечивают синтез гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки; поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы.
Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами. Ферменты являются биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.
Превращение веществ. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до более простых (чаще всего мономеров), способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь или лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают главные изменения. Образовавшиеся из поступивших простых веществ сложные органические соединения входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки, которые разрывают внутримолекулярные химические связи с высвобождением энергии.
Главное значение в энергетическом обмене имеют реакции окисления и восстановления. При участии специальных ферментов осуществляются также и другие типы химических реакций, например реакции переноса остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование), аминогруппы NH2 (переаминирование), группы метила СН3 (трансметилирование) и др. Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, на поддержание жизнедеятельности организма.
Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, неиспользуемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности органов выделения.
АТФ. Основным аккумулирующим и переносящим энергию веществом, используемым при синтетических процессах как клетки, так и всего организма, является аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат (АТФ). В состав молекулы АТФ входят азотистое основание (аденин), сахар (рибоза) и фосфорная кислота (три остатка фосфорной кислоты). Под влиянием фермента АТФазы в молекуле АТФ разрываются связи между фосфором и кислородом и присоединяется молекула воды. Это сопровождается отщеплением молекулы фосфорной кислоты. Отщепление каждой из двух концевых фосфатных групп в молекуле АТФ протекает с выделением больших количеств энергии. Вследствие этого две концевые фосфатные связи в молекуле АТФ получили название богатых энергией связей, или макроэргических.
Обмен белков. Роль белков в обмене веществ. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, являются белками.
Биологическая ценность белков пищи. Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, называются заменимыми.
Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называют полноценными. К ним относят преимущественно животные белки. Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (например, желатин, белок кукурузы, белок пшеницы). Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения, в организм обычно доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот.
Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Например, отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство вестибулярного аппарата у детей.
Из питательных веществ только в состав белков входит азот, поэтому о количественной стороне белкового питания можно судить по азотистому балансу. Азотистый баланс – это соотношение количества азота, поступившего в течение суток с пищей, и азота, выделенного за сутки из организма с мочой, калом. В среднем в белке содержится 16 % азота, т. е. 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Умножая величину усвоенного азота на 6,25, можно определить количество полученного организмом белка.
У взрослого человека обычно наблюдается азотистое равновесие – количества введенного с пищей азота и выведенного с продуктами выделения совпадают. Когда азота с пищей поступает в организм больше, чем его выводится из организма, говорят о положительном азотистом балансе. Такой баланс наблюдается у детей из-за увеличения массы тела при росте, во время беременности, при больших физических нагрузках. Отрицательный баланс характеризуется тем, что количество введенного азота меньше выведенного. Он может быть при белковом голодании, тяжелых болезнях.
Распад белков в организме. Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые соединения. Азот отщепляется от аминокислоты в виде аммиака (NH3) или в виде аминогруппы NH2. Аминогруппа, отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, благодаря чему строятся недостающие аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.
Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме (вещество ядовитое), обезвреживается в печени, где превращается в мочевину; последняя в составе мочи выводится из организма.
Конечные продукты распада белков в организме – это не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.
Особенности белкового обмена у детей. В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Потребность в белке детского организма больше, чем взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.
У детей наблюдается положительный азотистый баланс, когда количество азота, вводимого с белковой пищей, превышает количество азота, выводимого с мочой, что обеспечивает потребность растущего организма в белке. Суточная потребность в белке на 1 кг массы тела у ребенка на первом году жизни составляет 4–5 г, от 1 до 3 лет – 4–4,5 г, от 6 до 10 лет – 2,5–3 г, старше 12 лет – 2–2,5 г, у взрослых – 1,5–1,8 г. Отсюда следует, что в зависимости от возраста и массы тела дети от 1 до 4 лет должны получать 30–50 г белка в сутки, от 4 до 7 лет – около 70 г, с 7 лет – 75–80 г. При этих показателях азот максимально задерживается в организме. Белки не откладываются в организме про запас, поэтому если давать их с пищей больше, чем это требуется организму, то увеличения задержки азота и нарастания синтеза белка не произойдет. Слишком низкое количество белка в пище вызывает у ребенка ухудшение аппетита, нарушает кислотно-щелочное равновесие, усиливает выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1:1:3; при этих условиях азот максимально задерживается в организме.
В первые дни после рождения азот составляет 6–7 % суточного количества мочи. С возрастом относительное содержание его в моче уменьшается.
Обмен жиров. Значение жиров в организме. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают в жировую ткань. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жиры входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), там их количество постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.
Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен самостоятельно их синтезировать. Главным источником непредельных жирных кислот являются растительные масла. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80-100 г в сутки).
Конечные продукты обмена жиров – углекислый газ и вода.
Особенности обмена жиров у детей. В организме ребенка с первого полугодия жизни за счет жиров покрывается примерно на 50 % потребность в энергии. Без жиров невозможна выработка общего и специфического иммунитета. Обмен жиров у детей неустойчив, при недостатке в пище углеводов или при усиленном их расходе быстро истощаются депо жира.
Всасывание жиров у детей идет интенсивно. При грудном вскармливании усваивается до 90 % жиров молока, при искусственном – 85–90 %. У более взрослых детей жиры усваиваются на 95–97 %.
Для более полноценного использования жира в пище детей обязательно должны присутствовать углеводы, так как при их недостатке в питании происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.
Потребность организма в жирах на 1 кг массы тела тем выше, чем меньше возраст ребенка. С возрастом увеличивается абсолютное количество жира, необходимое для нормального развития детей. От 1 до 3 лет суточная потребность в жире составляет 32,7 г, от 4 до 7 лет – 39,2 г, от 8 до 13 лет – 38,4 г.
Обмен углеводов. Роль углеводов в организме. В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Они поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.
Углеводы – главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. Распад углеводов с освобождением энергии может идти как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечные продукты обмена углеводов – углекислый газ и вода. Углеводы обладают способностью быстро распадаться и окисляться. При сильном утомлении, при больших физических нагрузках прием нескольких граммов сахара улучшает состояние организма.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 110 мг%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. Печень играет большую роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала – гликогена, который мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1–2 %. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы истощаются.
Однако в крови может наблюдаться стойкое повышение содержания сахара. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции. Нарушение функционирования поджелудочной железы приводит к развитию сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность тканей организма усваивать сахар, а также превращать его в гликоген и откладывать в печени. Поэтому уровень сахара в крови постоянно повышен, что приводит к усиленному выделению его с мочой.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы и поэтому необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ в центральной нервной системе. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.
Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12 % приносимой глюкозы, кишечник – 9 %, мышцы – 7 %, почки – 5 %. Селезенка и легкие почти совсем ее не задерживают.
Обмен углеводов у детей. У детей обмен углеводов совершается с большой интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ в детском организме. Углеводы в детском организме служат не только основным источником энергии, но и выполняют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Участвуют углеводы и в окислении кислых продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Интенсивный рост детского организма требует значительных количеств пластического материала – белков и жиров, поэтому образование углеводов у детей из белков и жиров ограничено. Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10–12 г на 1 кг массы тела. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8–9 до 12–15 г на 1 кг массы. Ребенку в возрасте от 1 до 3 лет нужно давать с пищей в сутки в среднем 193 г углеводов, от 4 до 7 лет – 287 г, от 9 до 13 лет – 370 г, от 14 до 17 лет – 470 г, взрослому – 500 г.
Усваиваются углеводы детским организмом лучше, чем взрослым (у грудных детей – на 98–99 %). Вообще дети отличаются относительно большей выносливостью к повышенному содержанию сахара в крови, нежели взрослые. У взрослых глюкоза появляется в моче, если ее поступает 2,5–3 г на 1 кг массы тела, а у детей это происходит лишь при поступлении 8-12 г глюкозы на 1 кг массы тела. Прием незначительных количеств углеводов с пищей может вызвать у детей увеличение сахара в крови в два раза, но уже через 1 ч содержание сахара в крови начинает снижаться и через 2 ч полностью нормализуется.
Водный и минеральный обмен. Витамины. Значение воды и минеральных солей. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм, транспортирует растворенные вещества. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела: испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева.
Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.
Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, нормальное поступление и выведение их из организма является условием его нормальной деятельности. Вода у взрослого человека составляет примерно 65 % массы тела, у детей – около 80 %.
Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей большую опасность представляет обезвоживание организма, это влечет за собой судороги, потерю сознания. Лишение человека воды на несколько дней смертельно.
Водный обмен. Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку в сутки нужно 2–2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: воды, потребляемой при питье (около 1 л); воды, содержащейся в пище (около 1 л); воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300–350 куб. см).
Основные органы, удаляющие воду из организма, – почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками за сутки из организма удаляется 1,2–1,5 л воды в составе мочи. Потовыми железами через кожу в виде пота удаляется 500–700 куб. см воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 кв. см кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. Легкими в виде водяных паров выводится 350 куб. см воды; это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700–800 куб. см воды. Через кишечник с калом выводится в сутки 100–150 куб. см воды; при расстройстве деятельности кишечника может выводиться большее количество воды, что приводит к обеднению организма водой.
Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало ее расход. Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.
В организме ребенка преобладает внеклеточная вода, это обусловливает большую гидролабильность детей, т. е. способность быстро терять и быстро накапливать воду. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается, а абсолютное ее количество возрастает. Трехмесячному ребенку требуется 150–170 г воды на 1 кг массы, в 2 года – 95 г, в 12–13 лет – 45 г. Суточная потребность в воде у годовалого ребенка 800 мл, в 4 года – 950-1000 мл, в 5–6 лет – 1200 мл, в 7-10 лет – 1350 мл, в 11–14 лет – 1500 мл.
Значение минеральных солей в процессе роста и развития ребенка. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости и проводимости в нервной системе. Минеральные соли обеспечивают ряд жизненно важных функций организма, таких как рост и развитие костей, нервных элементов, мышц; определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы; используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор); поддерживают определенное осмотическое давление.
У новорожденного минеральные вещества составляют 2,55 % от массы тела, у взрослого – 5 %. При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве с пищей, и только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.
Минеральные вещества оказывают важное влияние на развитие ребенка. С кальциевым и фосфорным обменом связаны рост костей, сроки окостенения хрящей и состояние окислительных процессов в организме. Кальций влияет на возбудимость нервной системы, сократимость мышц, свертываемость крови, белковый и жировой обмен в организме. Фосфор нужен не только для роста костной ткани, но и для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых и других органов. Железо входит в состав гемоглобина крови.
Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни ребенка; в этом возрасте она в восемь раз больше, чем на втором году жизни, и в 13 раз больше, чем на третьем году; затем потребность в кальции снижается, несколько повышаясь в период полового созревания. У школьников суточная потребность в кальции – 0,68-2,36 г, в фосфоре – 1,5–4,0 г. Оптимальное соотношение между концентрацией солей кальция и фосфора для детей дошкольного возраста составляет 1: 1, в возрасте 8-10 лет – 1: 1,5, у подростков и старших школьников – 1: 2. При таких отношениях развитие скелета протекает нормально. В молоке имеется идеальное соотношение солей кальция и фосфора, поэтому включение молока в рацион питания детей обязательно.
Потребность в железе у детей выше, чем у взрослых: 1–1,2 мг на 1 кг массы в сутки (у взрослых – 0,9 мг). Натрия дети должны получать 25–40 мг в сутки, калия – 12–30 мг, хлора – 12–15 мг.
Витамины. Это органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов, что объясняет важную роль витаминов в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов, повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды (инфекциям, действию высокой и низкой температуры и т. д.). Они необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.
В отличие от ферментов и гормонов большинство витаминов не образуются в организме человека. Главным их источником являются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе. Витамины требуются в очень небольших количествах, но их недостача или отсутствие в пище нарушает образование соответствующих ферментов, что приводит к заболеваниям – авитаминозам.
Все витамины делят на две большие группы: а) растворимые в воде; б) растворимые в жирах. К водорастворимым витаминам относят группу витаминов В, витамины С и Р. К жирорастворимым витаминам – витамины А1 и А2, D, Е, К.
Витамин B1 (тиамин, аневрин) содержится в лесных орехах, неочищенном рисе, хлебе грубого помола, ячневой и овсяной крупах, особенно много его в пивных дрожжах и печени. Суточная потребность в витамине составляет у детей до 7 лет 1 мг, от 7 до 14 лет – 1,5 мг, с 14 лет – 2 мг, у взрослых – 2–3 мг.
При отсутствии в пище витамина B1 развивается заболевание бери-бери. Больной теряет аппетит, быстро утомляется, постепенно появляется слабость в мышцах ног. Затем наступают потеря чувствительности в мышцах ног, поражение слухового и зрительного нервов, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга, наступает паралич конечностей, без своевременного лечения – смерть.
Витамин В2 (рибофлавин). У человека первым признаком отсутствия этого витамина является поражение кожи (чаще всего в области губ). Появляются трещины, которые мокнут и покрываются темной коркой. Позднее развивается поражение глаз и кожи, сопровождающееся отпадением ороговевших чешуек. В дальнейшем могут развиться злокачественное малокровие, поражение нервной системы, внезапное падение кровяного давления, судороги, потеря сознания.
Содержится витамин В2 в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах. Суточная потребность в нем составляет 2–4 мг.
Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени. Суточная потребность в нем у детей – 15 мг, у взрослых – 15–25 мг.
При авитаминозе РР отмечаются чувство жжения во рту, обильное слюнотечение и поносы. Язык становится малиново-красным. На руках, шее, лице появляются красные пятна. Кожа становится грубой и шероховатой, отчего заболевание получило название пеллагра (от итал. pelle agra – шершавая кожа). При тяжелом течении болезни ослабевает память, развиваются психозы и галлюцинации.
Витамин B12 (цианкобаламин) у человека синтезируется в кишечнике. Содержится в почках, печени млекопитающих и рыб. При его недостатке в организме развивается злокачественное малокровие, связанное с нарушением образования эритроцитов.
Витамин С (аскорбиновая кислота) широко распространен в природе в овощах, фруктах, хвое, в печени. Хорошо сохраняется аскорбиновая кислота в квашеной капусте. В 100 г хвои содержится 250 мг витамина С, в 100 г шиповника – 150 мг. Потребность в витамине С составляет 50-100 мг вдень.
Недостаток витамина С вызывает заболевание цингой. Обычно болезнь начинается с общего недомогания, угнетенности. Кожа приобретает грязновато-серый оттенок, десны кровоточат, выпадают зубы. На теле появляются темные пятна кровоизлияний, некоторые из них изъязвляются и причиняют резкую боль.
Витамин А (ретинол, аксерофтол) в организме человека образуется из распространенного природного пигмента каротина, находящегося в больших количествах в свежей моркови, помидорах, салате, абрикосах, рыбьем жире, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц. Суточная потребность у детей в витамине А – 1 мг, взрослых – 2 мг.
При недостатке витамина А замедляется рост детей, развивается «куриная слепота», т. е. резкое падение остроты зрения при неярком освещении, приводящее в тяжелых случаях к полной, но обратимой слепоте.
Витамин D (эргокальциферол) особенно необходим детям для профилактики одной из наиболее распространенных болезней детского возраста – рахита. При рахите нарушается процесс формирования костей, кости черепа становятся мягкими и податливыми, конечности искривляются. На размягченных участках черепа образуются гипертрофированные теменные и лобные бугры. Вялые, бледные, с неестественно большой головой и коротким кривоногим телом, большим животом, такие дети резко отстают в развитии.
Все эти тяжелые нарушения связаны с отсутствием или недостатком в организме витамина D, который содержится в желтках, коровьем молоке, рыбьем жире.
Витамин D может образовываться в коже человека из провитамина эргостерола под влиянием ультрафиолетовых лучей. Рыбий жир, пребывание на солнце или искусственное ультрафиолетовое облучение являются средствами предупреждения и лечения рахита.
Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии: в организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту. Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя – лежа, натощак, т. е. через 12–16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18–20 °C (температура комфорта). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час. В среднем это 7 140 000-7 560 000 Дж в сутки. Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна.
Особенности основного обмена у детей. Поскольку на единицу массы у детей приходится относительно большая поверхность тела, чем у взрослого человека, основной обмен у них интенсивнее, чем у взрослых. У детей также значительно преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так, расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36 %, в возрасте 6 месяцев – 26 %, 9 месяцев – 21 % общей энергетической ценности пищи.
Основной обмен на 1 кг массы у взрослого человека составляет 96 600 Дж. Таким образом, у детей 8-10 лет основной обмен в два или два с половиной раза выше, чем у взрослых.
Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни. Выполняемая работа у мальчиков влечет более высокий расход энергии, чем у девочек.
Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.
Расход энергии при мышечной деятельности. Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20–50 % выше энергии основного обмена.
При ходьбе затраты энергии на 150–170 % превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии превышают основной обмен в 3–4 раза.
Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменением дыхания и кровообращения.
У людей разных профессий затраты энергии различны. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом. У мальчиков общий суточный расход энергии больше, чем у девочек.
В ДЕТСКОМ ВОЗРАСТЕ
И.С. Григ ВолГМУ 
Внутриутробный (антенатальный) период.
Период новорожденности (неонатальный период).
Период грудного возраста.
Ранний детский возраст.
Младший школьный возраст.
Старший школьный возраст (пубертатный период).
В процессе роста детского организма происходят не только количественные, но и качественные изменения обмена веществ и энергии.
Каждому возрастному периоду
соответствует определенное соотношение
пластических и энергетических процессов.
Процессы анаболизма у детей 
преобладают над процессами катаболизма. 
Превалирование анаболических процессов требует большего поступления пластического материала и энергии.
У детей –положительный азотистый баланс,
положительный баланс минеральных веществ (на 1 году жизни). В процессе роста у ребенка происходит становление и созревание
обменных процессов. Выражением этого являются лабильность обмена, неустойчивость гомеостаза.
Рост и развитие ребенка подчинены генетической программе, которая дополняется регуляторными 
влияниями нейроэндокринной системы.
Критические периоды развития отделяют
периоды онтогенеза (в период внутриутробного развития – 1 и последний триместры беременности, перинатальный период – переход на внеутробное существование, грудной возраст, ранний детский возраст, дошкольный и пубертатный периоды), когда происходит
качественная перестройка обмена веществ или изменяется интенсивность процессов обмена.
Критические периоды характеризуются высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней среды.
Гомеорезис - способность стабилизировать темпы роста и возвращаться к заданной генетической программе развития, если оно было временно остановлено болезнью или длительным голоданием ребенка.
Гомеорезис - поддержание постоянства развивающейся системы в отличие от гомеостаза взрослого организма.
Гомеорезис – проявление генной регуляции роста и анаболической направленности процессов обмена веществ в организме ребенка.
Многие показатели, которые считаются физиологическими в одном возрастном периоде, являются патологическими в
другом периоде роста.
Каждый период жизни ребенка характеризуется определенной направленностью химических
превращений в его органах и тканях, т.е.
формируется своеобразие метаболизма, присущее конкретному возрасту ребенка.
Преобладание анаболических процессов
(синтез белка, гликогена, жирных кислот, триацилглицеролов и т.д.). Направленность метаболических процессов - обеспечение плода энергетическими резервами (гликоген, ТАГ).
В последние 3 месяца внутриутробной жизни - депонирование жира в организме плода в количестве 600 – 700 г.
Формирование плаценты (система мать –
плацента – плод). Функции плаценты: защитная, транспортная, барьерная, депонирующая, эндокринная и др. 
Образование фетоплацентарной эндокринной системы, включающей организм матери, плаценту, которая становится ЖВС, и плод.
Гормоны плаценты
1. Хорионический гонадотропин, по действию близок
лютеинезирующему гормону гипофиза, поддерживает существование желтого тела.
2. Прогестерон.
3. Эстрогены (в наибольшем количестве эстриол). Синтез
эстриола осуществляется в единой системе плод – плацента. Уровень эстрогенов в моче отражает состояние плода. Снижение их экскреции указывает на тяжелую патологию или даже гибель плода.
4. Плацентарные лактогены (плацентарный гормон роста),
обладает биологическими свойстами пролактина и гормона роста. 
Своеобразие метаболизма плода – усиление
анаэробного распада глюкозы, нарастание метаболического ацидоза.
Образование бурой жировой ткани,
выполняющей функцию терморегуляции.
Транзиторные состояния периода новорожденности – физиологическая азотемия, физиологическая желтуха, физиологическая протеинурия и т. д.
На протяжении жизни человека существенно изменяются два параметра обмена веществ: его общая интенсивность и соотношение анаболических и катаболических процессов. Наибольшая интенсивность обменных процессов наблюдается у новорожденного. В течение некоторого времени она сохраняется, а затем начинает постепенно снижаться. Это продолжается практически до завершения роста организма. В различные периоды роста это снижение происходит неравномерно. Оно может то ускоряться, то замедляться.
После завершения роста наблюдается относительная стабилизация интенсивности обмена веществ. Иногда может наблюдаться тенденция к некоторому снижению его интенсивности. В старости вновь обнаруживается отчетливое снижение интенсивности обменных процессов.
Скорость обменных процессов – это скорость обновления структурных веществ, ферментных систем и других соединений, образующих органы и ткани организма. В молодом организме с высокой скоростью идут и анаболические и катаболические реакции. Это обеспечивает быстрое обновление веществ, из которых построен живой организм и, как следствие этого, хорошее их состояние. В зрелом возрасте скорость обновления тканей снижается, но остается еще достаточно высокой. В стареющем организме скорость обновления всех веществ организма замедляется, что не может не отразиться на состоянии, функциональных возможностях различных органов и тканей.
Организм человека устроен так, что, если в детском, юношеском возрасте обменные процессы самопроизвольно, за счет имеющихся механизмов саморегуляции идут с достаточно высокой скоростью, то с годами эти регуляторные воздействия уменьшаются. В итоге интенсивность обменных процессов в пожилом и даже в зрелом возрасте может снижаться ниже оптимального уровня. Наиболее естественным и эффективным регулятором интенсивности обменных процессов является двигательная активность, занятия физической культурой и спортом. Подробнее об этом – в главе 17.
Другое важное изменение обмена веществ на протяжении жизни проявляется в соотношении анаболических и катаболических процессов. В молодом растущем организме анаболические процессы преобладают над катаболическими, то есть синтезируется больше веществ, из которых построен организм, чем их распадается. Именно это и лежит в основе роста организма. Степень превышения скорости анаболических реакций над катаболическими наибольшая сразу после рождения. С годами она постепенно уменьшается до момента прекращения роста в длину (14-15 лет у девочек, 17-19 – у мальчиков). Эти изменения соотношения анаболических и катаболических процессов, как и снижение интенсивности обменных процессов, происходит неравномерно.
В зрелом возрасте анаболические и катаболические процессы сбалансированы: сколько веществ, образующих организм человека, распадается в течение суток, столько и синтезируется взамен распавшихся.
К старости начинают преобладать катаболические процессы: распадается веществ больше, чем синтезируется. Однако, это справедливо только в отношении наиболее жизненно важных соединений: структурных веществ, сократительных белков, белков-ферментов, наиболее удобных запасных источников энергии (креатинфосфата, гликогена) и т.п. В результате уменьшается количество клеток в разных органах и тканях, снижаются их функциональные возможности, ухудшаются двигательные способности человека.
В тоже время объем балластных веществ, в первую очередь жиров, может увеличиваться. Это приводит к увеличению параметров организма (массы, объема) и как бы маскирует преобладание катаболических процессов.
Совсем устранить данное возрастное изменение обмена веществ невозможно. Однако, отодвинуть время наступления преобладания катаболических процессов, сгладить разрыв между анаболизмом и катаболизмом можно. И опять можно говорить о физических упражнениях, двигательной активности как о наиболее эффективном средстве, позволяющем достичь желаемого эффекта. Во время выполнения физических упражнений, требующих значительных затрат энергии, усиливаются катаболические реакции, обеспечивающие энергетические потребности органов и тканей, участвующих в выполнении работы. Процессы ассимиляции, также требующие значительных энерготрат, из-за дефицита энергии, идущей на обеспечение мышечной работы, приостанавливаются. В итоге к концу работы в организме снижается содержание ряда веществ: запасных источников энергии, ферментов, структурных соединений и т.п. После завершения работы происходит переключение энергетического обмена на преимущественное обеспечение анаболических реакций – восстановления веществ, распавшихся за время работы. И чем глубже были сдвиги, тем в большей степени стимулируются анаболические реакции, т.е. чем больше объем выполняемой мышечной работы, тем выше ее положительный эффект.
