Звільнення і перетворення енергії в організмі

Поживні речовини, що надходять в організм, у клітинах розщеплюються і окислюються. При цьому звільняється вся або майже вся їх потенціальна енергія. Звільнена енергія використовується організмом на процеси анаболізму, на діяльність серця, мозку, органів травлення, виділення, на виконувану механічну роботу.

При процесах розпаду складних сполук і окислення продуктів їх розпаду енергія звільняється у різних видах: у вигляді хімічної, механічної, теплової, електричної і променевої. Частина звільненої енергії у вигляді хімічної енергії використовується організмом на процеси синтезу. Найбільша частина звільненої енергії використовується у формі тепла. І тільки 1/4 частина переходить у кінетичну енергію. В електричну і променеву енергію перетворюється незначна частина звільненої енергії.

Організм втрачає енергію навіть тоді, коли перебуває в повному спокої. У цьому разі енергія витрачається на роботу внутрішніх органів (серця, нирок, органів дихання і т.д.) і на підтримання постійної температури тіла. Найменша кількість енергії, яка витрачається організмом для підтримання життя в стані повного м‘язового спокою натщесерце і при температурі довкілля близько 20 – 22ºС, називається основним обміном. За цих умов організм витрачає енергію на хімічні процеси, які протікають у клітинах, механічну роботу, що виконують внутрішні органи, секретоутворення тощо. Величина основного обміну змінюється залежно від віку, статі, зросту і поверхні тіла, пори року і кліматичних умов. У дорослої людини основний обмін становить 4,187 кДж (1 ккал) за 1 год. на 1 кг маси на рік. Основний обмін у дітей інтенсивніший, ніж у дорослих, бо на одиницю маси у них припадає відносно більша поверхня тіла, ніж у дорослої людини. Значно переважають також процеси анаболізму над процесами катаболізму.

Протягом доби організм перебуває як у спокійному стані, так і в стані виконання різних видів роботи. Тому витрати енергії за добу як у дорослої людини, так і у дітей перевищують величину основного обміну. Найбільші витрати енергії зумовлені м’язовою роботою. Чим важча робота, тим більше енергії витрачає людина. При м’язовій роботі близько 20% хімічної енергії перетворюється в кінетичну енергію, а 80% — в теплову. Відношення енергії, затраченої на м’язову роботу до всієї енергії, звільненої під час роботи, називається коефіцієнтом корисної дії. Цей коефіцієнт коливається від 16 до 25%.

Розумова праця підвищує витрати енергії проти основного обміну на 20 – 30%, але коли розумова праця супроводжується м’язовою діяльністю (оратор, лектор, артист тощо), затрата енергії підвищується на 50 – 60%.

Обмін речовин і енергії регулюється вищими центрами вегетативної нервової системи, розміщеними у проміжному мозку та в корі великих півкуль. З цих центрів по нервових волокнах імпульси йдуть безпосередньо до м’язів, печінки та інших органів. Вегетативні центри проміжного мозку впливають також на діяльність залоз внутрішньої секреції, змінюючи інтенсивність виділення ними гормонів. Останні, надходячи у кров, розносяться по всьому організму, впливають на процеси обміну речовин. Особливо велике значення в обміні речовин мають гормони гіпофіза, щитоподібної, надниркових і підшлункової залоз. Надходження в кров гормонів цих залоз викликає зміни білкового, жирового, вуглеводного, мінерального та водного обміну.

 

Вітаміни та їх значення

Вітаміни (від лат. vita - життя та аміни - складові амінокислот) — група фізіологічно активних органічних сполук різноманітної хімічної природи, які в невеликих кількостях життєво необхідні для нормального функціонування організму. Вони входять до складу багатьох ферментів, чим пояснюється важлива роль вітамінів в обміні речовин. Вітаміни сприяють дії гормонів, а також підвищенню опірності до несприятливих впливів зовнішнього середовища (інфекції, дія високої і низької температури тощо). Вони необхідні для стимулювання росту, відновлення тканин і клітин після травм і операцій.

На відміну від ферментів і гормонів, більшість вітамінів не утворюється в організмі людини. Головним джерелом їх є овочі, фрукти і ягоди. Нестача у їжі якого-небудь вітаміну викликає тяжкі розлади в обміні речовин і тяжкі захворювання — авітамінози (цинга, рахіт, затримання росту, крововиливи тощо). Недостатнє вживання вітамінів або порушення їх всмоктування в травному каналі призводить до гіповітамінозу. В організмі вітаміни швидко руйнуються, тому їх потрібно щодня вводити в організм.

Всі вітаміни позначаються літерами латинського алфавіту, різняться хімічною природою і поділяються на дві великі групи: 1) водорозчинні — вітаміни С і Р, групи В; 2) жиророзчинні — вітаміни А₁, А₂, D, Е, К.

Вітамін С (аскорбінова кислота) - антицинготний, бере участь в окиснювально-відновних процесах, тканинному диханні, підвищує стійкість організму до інфекцій та інтоксикацій. Зміцнює судинну стінку через підвищення її еластичності та міцності. Добова потреба у вітаміні С становить 50-100 мг. Без достатньої кількості в їжі вітаміну С розвивається хвороба цинга (скорбут), недокрів’я, різко знижується опірність організму інфекційним хворобам. Спостерігається розрихлення і кровоточивість ясен, випадання зубів, зниження маси тіла, порушення функцій нервової системи. В організмі вітамін С не утворюється і не депонується, тому важливе його щодобове надходження. Багато вітаміну С у свіжих лимонах, апельсинах, ягодах чорної смородини, шипшини, аґрусу, суниць, капусті, хвої сосни і ялини.

Вітамін Р (цитрин) являє собою галову кислоту. Цей вітамін зменшує проникність кровоносних судин, підсилює дію аскорбінової кислоти. Найбільше вітаміну Р в гречаній крупі, лимонах, червоному перці, чорній смородині. При Р-авітамінозі відзначаються ті самі явища, що і під час цинги. Сукупність синтезованих вітамінів С і Р називають галоаскорбіном, при застосуванні якого рани заживають в два-три рази швидше, він знімає біль, стимулює вуглеводно-фосфорний обмін та утворення гемоглобіну, знімає втому.

Вітамін В₁ (тіамін, аневрин) бере участь в обміні вуглеводів, білків і жирів, у передачі збудження в нервовій системі та ін. Впливає на синтез ацетилхоліну і холінестерази, забезпечує нормальний ріст і роботу серця. Вітамін В₁ міститься в лісових горіхах, неочищеному рисі, хлібі грубого помолу, ячмінній і вівсяній крупах, особливо його багато в пивних дріжджах і печінці. Брак цього вітаміну в їжі спричиняє хворобу бері-бері. Хворий втрачає апетит, швидко втомлюється, поступово з’являється слабкість у м’язах ніг, настає у них втрата чутливості, може бути ураження слухового і зорового нервів, гинуть клітини довгастого і спинного мозку, настає параліч кінцівок і смерть. Добова потреба у вітаміні В₁ становить 1,5-3,0 мг, для дітей - 0,5-2 мг.

Вітамін В₂ (рибофлавін) впливає на ріст і розвиток плоду та дитини. Цей вітамін входить до складу дихального пігменту, який є в клітинах, і бере участь у клітинному диханні. Впливає на функцію зорового аналізатора, підсилює кольорове та світлове відчуття, стимулює синтез гемоглобіну. Вітамін В₂ міститься в хлібі, гречаній крупі, молоці, яйцях, печінці, м’ясі, томатах. Без цього вітаміну в їжі затримується ріст дитячого організму. У людини першими ознаками нестачі цього вітаміну є ураження шкіри: з’являються тріщини, які мокріють і вкриваються темною кіркою. Далі розвивається ураження очей і шкіри, яке супроводжується відпаданням зроговілих лусочок. Пізніше може розвиватися злоякісне недокрів’я, ураження нервової системи, раптове падіння артеріального тиску, судоми, втрата свідомості. Добова потреба у вітаміні В₂ становить 2-3 мг.

Вітаміни В₃, В₄, В₇ — вітаміни росту. Містяться в тих самих продуктах, що й вітамін В₁.

Вітамін В₃ (пантотенова кислота) каталізує (в складі інших ферментів) обмін жироподібних речовин (синтез специфічних жирів, стероїдів, ацетилхоліну та ін.). Міститься у більшості натуральних рослинних і тваринних продуктів. Добова норма 5-10 мг. При нестачі в організмі цієї кислоти затримується ріст, уражається шкіра, порушується сон, можуть виникати біль у м’язах, животі, нудота, блювання.

Вітамін В₆ (піридоксину гідрохлорид) сприяє білковому та жировому обміну в організмі людини, бере участь у процесах перенесення кров’ю сульфура, купрума й ферума. Міститься у дріжджах, зародках пшениці, пророслих бобах, квасолі, кукурудзі, м’ясі, а також синтезується в кишечнику. Після всмоктування піридоксину гідрохлорид перетворюється в кофермент піридоксаль фосфат, який бере участь у транспортуванні амінокислот через кишковий епітелій і канальці нирок. Вміст вітаміну В₆ в організмі зменшується при вживанні протитуберкульозних препаратів, тривалому охолодженні, інтенсивній фізичній праці, під час вагітності. При нестачі вітаміну В₆ в організмі уражається шкіра, виникають набряки, стоматит, порушується еритропоез.

Вітамін В₁₂ (ціанокобаламін) — це складна органічна сполука, яка містить в собі кобальт. Цей вітамін стимулює роботу кровотворних органів, є каталізатором багатьох обмінних процесів: бере участь у синтезі глутаміну, нуклеїнових кислот, впливає на вуглеводний, жировий і білковий обмін, стимулює утворення еритробластів у кістковому мозку і ріст аксонів нервових клітин. На цей вітамін багаті внутрішні органи тварин, особливо нирки і печінка. У людини цей вітамін синтезується мікрофлорою кишок. Нестача його в організмі провокує злоякісне недокрів’я з порушенням утворення еритроцитів. Добова потреба у вітаміні В₁₂ становить 2-3 мг.

Вітамін В₁₅ (пангамова кислота) входить до складу багатьох рослин, має важливі лікувальні властивості. Застосовується при атеросклерозі, мозкових крововиливах, гепатитах на ґрунті хронічного отруєння алкоголем. Вітамін В₁₅ бере участь в обміні речовин, особливо ліпідів, стимулює функцію коркового шару надниркових залоз, сприяє збільшенню вмісту креатинфосфату в м’язах та глікогену в печінці та м’язах. Він підвищує стійкість організму до кисневого голодування, запобігає цирозу печінки і стимулює репаративні процеси.

Вітамін РР (нікотинамід, або В₅) відіграє важливу роль в окисно-відновних процесах та обміні вуглеводів. Цей вітамін входить до складу ферментів, що переносять кисень, регулюють тканинне дихання. Нікотинова кислота та її амід стимулюють кровотворення в кістковому мозку, прискорюють процеси загоєння ран та виразок, посилюють секрецію шлунка і перистальтику кишечника, а також поліпшують всмоктування різних речовин із кишок. Вітамін РР міститься в зелених овочах, моркві, картоплі, горосі, гречаній крупі, житньому хлібі, молоці. Нестача цього вітаміну може спричинити хворобу пелагра, тому цей вітамін називають антипелагричним. При пелагрі ушкоджується слизова оболонка кишково-шлункового тракту, що спричиняє проноси, порушується діяльність нервової системи, появляються галюцинації, психози. Добова потреба становить 15-25 мг.

Вітамін А (ретинол) в організмі утворюється в організмі із пігменту каротину, який є у великих кількостях у свіжій моркві, абрикосах, вершковому маслі, печінці, нирках тощо. Якщо в їжі достатня кількість вітаміну, то запаси його відкладаються в печінці, нирках. Добова потреба людини в ретинолі становить 1 мг. При авітамінозі А у дітей зупиняється ріст, при гіповітамінозі знижується імунітет, порушується сутінковий зір ("куряча сліпота"), спостерігається сухість очей (ксерофтальмія) з наступним утворенням більма, сухість шкіри, фолікуліт тощо. Але надмірна кількість вітаміну А (при гіпервітамінозі) викликає збільшення печінки, порушення апетиту, появу розладів обміну речовин і травлення, пронос, недокрів’я, помутніння рогівки, підвищення больової чутливості.

Вітамін D (кальциферол) впливає на обмін солей кальцію і фосфору, сприяє їх всмоктуванню з кишок і відкладанню в кістках. Дуже багатий на вітамін D жир печінки тварин і риб, особливо тріски, багато його в яєчному жовтку, вершковому маслі, ікрі, молоці, в баклажанах, шпинаті. У шкірі людини міститься провітамін ергостерин, який під впливом ультрафіолетових променів (сонця, кварцової лампи) перетворюється у вітамін D. Нестача в їжі вітаміну D у дітей раннього віку викликає рахіт (ураження кісток). При цьому захворюванні затримується заростання тім’ячок на черепі і прорізування зубів. Кістки ніг стають гнучкими і під вагою тіла викривлюються. D-гіпервітаміноз супроводжується підвищеним всмоктуванням кальцію та фосфору з кишок і відкладанням їх у кістках і м‘яких тканинах (м‘язі серця, судинах нирок та ін.). Добова потреба людини в кальциферолах 15-25 мкг.

Вітамін Е (токоферол) необхідний для розвитку м’язової тканини і її функції в ранньому дитячому віці. Вітамін Е запобігає розвитку атеросклерозу і гіпертонії. При нестачі вітаміну спостерігаються дистрофія скелетних м‘язів, послаблення статевої функції, крововиливи у мозок, запалення шкіри, біль м’язового і нервового походження. Його багато в печінці, яєчному жовтку, зародках пшениці, овочах, салаті, плодах шипшини, обліписі, рослинних оліях. Добова потреба людини в токоферолах - 15 мг.

Вітамін К (філохінон) потрібний для синтезу ферменту крові протромбіну, при нестачі якого знижується здатність крові зсідатись. Вітамін К є стимулятором скорочувальної функції непосмугованої м‘язової тканини кишок, матки, бронхів. Міститься в зеленій капусті, шпинаті, моркві, листках кропиви, незрілих томатах, печінці, а також синтезується мікрофлорою товстою кишки. При К-авітамінозі розвивається схильність до кровоточивості. При цьому застосовується синтетичний аналог вітаміну - вікасол.

Фолієва кислота має велике значення в кровотворенні, особливо у формуванні еритроцитів. Ця кислота сприяє утворенню в людському організмі й інших елементів крові – лейкоцитів і тромбоцитів. Міститься вона в дріжджах, моркві, шпинаті, білокачанній капусті, щавлі, салаті, цвітній капусті. Синтезується бактеріями кишечника. При нестачі цього вітаміну в організмі розвиваються макроцитарна анемія, лейкопенія, тромбоцитопенія, нерідко кровоточать слизові оболонки рота, кишок, виникають виразковий стоматит, гінгівіт, некротична ангіна. Фолієва кислота позитивно впливає на функціональний стан печінки: стимулює синтез пуринів та піримідинів, підвищує активність каталази, стимулює жовчовиділення, зменшує жирову інфільтрацію печінки, викликану дефіцитом холіну в їжі.

Вітамін U виявлено в листках капусти і зелених овочах. Він сприяє загоєнню виразки шлунка та дванадцятипалої кишки.

Вітамін Н (біотин) бере участь у перетворенні амінокислот і розкладі проміжних продуктів обміну вуглеводів. При нестачі біотину випадає волосся, ушкоджуються нігті та шкіра. Біотин міститься в пшениці, картоплі, тваринних продуктах.

Вітамін F включає напівнасичені жирні кислоти (лінолеву, ліноленову, арахідонову), що входять до складу рослинних олій, особливо соняшникової, кукурудзяної та бавовникової. Ці жирні кислоти беруть участь у процесах клітинного обміну, регулюють вміст холестерину в крові.