Обмен веществ и энергии. Терморегуляция

Обмен веществ и энергии является основным свойством живой материи. Энергия необходима для деятельности всех систем и органов даже если человек находится в полном покое. Энергия расходуется для поддержания температуры тела на определенном уровне, для синтеза составных частей клетки во время роста организма и для замены изношенных частей. Использование энергии возрастает при мышечной и умственной работе. Организм получает энергию за счет поступления с пищей органических веществ. Эти вещества используются в двух направлениях: как пластические и энергетические ресурсы. Пластическая функция состоит в том, что из них после ряда химических превращений синтезируются свои, специфические для данного организма или для данного органа соединения, из которых строятся клеточные структуры. Энергетическая роль питательных веществ заключается в том, что при их расщеплении и окислении до конечных продуктов выделяется энергия.

Обмен веществ начинается с поступления питательных веществ в желудочно-кишечный тракт и включает в себя три этапа:

· ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов в желудочно-кишечном тракте до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, жирных кислот и глицерина и всасывания этих веществ в кровь и лимфу;

· транспорт питательных веществ кровью и лимфой к тканям где одновременно происходит расщепление их до конечных продуктов обмена веществ и синтез частей клетки, гормонов и ферментов;

· выделение конечных продуктов распада легкими, почками, кишечником и потовыми железами.

Обмен белков

Белки занимают ведущую роль среди органических соединений. На их долю приходится более 50% сухой массы клетки. Они выполняют ряд важнейших биологических функций:

· весь обмен веществ обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками;

· гормоны имеют белковую природу;

· антитела, вырабатывающиеся в организме при попадании антигена, являются белками;

· основой костей, сухожилий и связок служит белок – коллаген;

· все двигательные функции обеспечиваются взаимодействием сократительных белков - актина и миозина;

· белки являются пластическим материалом: они в желудочно-кишечном тракте расщепляются до аминокислот, всасываются в кровь и разносятся к тканям, где из них синтезируются специфические для данного вида белки, которые служат для восстановления разрушенных тканей;

· часть аминокислот используются как энергетический материал: в этом случае они подвергаются дальнейшему распаду. Сначала аминокислоты дезаминируются, то есть теряют аминогруппу. Такой, процесс идет окислительным путем и в результате образуется амиак и кетокислоты. Аммиак является токсическим веществом и обезвреживается в печени путем синтеза мочевины. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на углекислый газ и воду. Конечными продуктами распада белков являются мочевина, углекислый газ и вода. Мочевина выводится почками и потовыми железами, углекислый газ – легкими. Кроме того, в результате распада нуклеиновых кислот образуется мочевая кислота и другие продукты распада пуриновых оснований, при распаде мышечного белка образуются креатин и креатинин.

Белки постоянно обновляются в организме, скорость их обновления неодинакова для различных тканей: с наибольшей скоростью обновляются белки печени, слизистой оболочки кишечника, плазмы крови; медленнее - белки, входящие в состав клеток мозга, сердца, половых желез; медленнее всего обновляются белки мышц, кожи, хрящей и костей.

Для нормального обмена белков необходимо поступление в организм с пищей различных аминокислот. Из 20 аминокислот 12 синтезируются в организме (заменимые аминокислоты), а 8 не синтезируется (незаменимые аминокислоты). Без незаменимых аминокислот (лейцин, изолейцин, валин, триптофан и др.) синтез белка нарушается и наступает отрицательный азотистый баланс, останавливается рост, падает масса тела. Биологическая ценность белков определяется в зависимости от их аминокислотного состава. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких взаимоотношениях, которые обеспечивают нормальный синтез белка, называются белками биологически полноценными, а белки несодержащие тех или иных аминокислот – неполноценными. Так, неполноценными являются желатин (нет триптофана и др.), кукурузный белок – зеин (мало триптофана и лизина), глиадин – белок пшеницы (мало лизина) и некоторые другие. Наиболее высока биологическая ценность белков мяса, яиц, рыбы, икры, молока. В связи с этим пища должна иметь в своем составе не менее 30% белков животного происхождения. При отсутствии таких белков развивается заболевание «квашиоркор», наиболее часто встречается у народов Африки, Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Болеют преимущественно дети в возрасте 1-5 лет.

Азотистый баланс – соотношение азота, поступившего в организм с пищей, и выделенного из него. Зная количество усвоенного азота, легко можно рассчитать количество белка, так как известно, что 1 газота содержится в 6,25 г белка. Для того, чтобы установить количество разрушенного белка, надо знать количество выведенного из организма азота. Азотом пота обычно пренебрегают, а учитывают количество азота в моче. Умножают его на 6,25 и получают количество распавшегося в организме белка. Между количеством азота, введенного с белками пищи, и количеством азота, выделенного из организма, существует определённая взаимосвязь. У взрослого человека эти количества в норме равны. Такое состояние получило название азотистого равновесия. Если поступление азота превышает его выделение, то говорят о положительном азотистом балансе. При этом синтез белка преобладает над его распадом, что имеет место при увеличении массы тела. Положительный баланс отмечается в период роста организма, во время беременности, после выздоровления, а также при усиленных спортивных тренировках. При этом происходит задержка азота в организме – ретенция азота. Белки в организме не накапливаются, поэтому при поступлении большого количества белка часть его расходуется на пластические цели, а остальные – на энергетические. Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего, говорят об отрицательном азотистом балансе. Он отмечается при белковом голодании, а также при не поступлении в организм незаменимых аминокислот.

Распад белка в организме протекает непрерывно. Степень распада связана с характером питания. Минимальные затраты белка наблюдаются при питании углеводами. Если в пище присутствуют углеводы, то выделение азотa может быть в 3-3,5 раза меньше чем при полном голодании. Углеводы при этом выполняют сберегающую белки роль. Распад белков в организме, происходящий при полном отсутствии белков в пищи, отражает те минимальные затраты, которые связаны с основными процессами жизнедеятельности. Эти затраты были названы Рубнером коэффициентом изнашивания.

Гуморальная регуляция обмена белков осуществляется соматотропным гормоном гипофиза, который стимулирует рост тела, а у взрослого человека обеспечивает процесс синтеза белка за счет увеличения проницаемости клеточной мембраны для аминокислот; гормонами щитовидной железы – тироксином и трийодтиронином, которые стимулируют синтез белка; гормоном коры надпочечников глюкокортикоидами (гидрокортизон, кортикостерон), которые усиливают распад белков в тканях, особенно в мышечной и лимфоидной, а в печени наоборот – стимулируют.

Обмен жиров

Жиры выполняют в организме пластическую (они входят в состав клеточных мембран) и энергетическую функции. Ихтеплотворная способность в два раза выше, чем у углеводов и белков. Жиры включают в себя собственно жиры (липиды) и жироподобные вещества (липоиды). Липиды образуются соединением трёхатомного спирта – глицерина – с тремя молекулами жирных кислот (пальмитиновой, олеиновой и стеариновой). К липоидам относятся фосфатиды и стерины. Их роль велика, так как они входят в состав клеточных мембран. Фосфатидами особенно богата нервная ткань, откладываются они в печени. Важнейшее значение имеют стерины, в частности, холестерин. Он тоже входит в состав клеточных мембран, является источником образования желчных кислот, гормонов коры надпочечников, имеет значение при развитии атеросклероза.

Больше всего жира откладывается в жировых депо: в подкожнойклетчатке и вокруг некоторых органов. Общее количество жира в организме колеблется от 10 до 20%, а при патологии – до 50%.Несмотря на то, что специфичность жира выражена меньше, чем специфичность белков, у человека имеется относительное постоянство состава и свойств жира. Это связано с наличием в них жирных кислот. Последние делятся на насыщенные, в молекулах которых все атомы углерода прочно соединены между собой, и ненасыщенные – в их молекуле стоящие рядом атомы углерода имеют нестойкую, легко разрывающую двойную связь. Биологическая ценность жиров определяется тем, что некоторые жирные кислоты не могут образовываться в организме и являются незаменимыми. К ним относятся олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты. Линолевая и линоленовая кислоты содержатся в растительных маслах, особенно в оливковом, подсолнечном и конопляном. Арахидоновой кислоты много в курином, гусином и свином сале. Наличие ненасыщенных жирных кислот в пище необходимо. При их дефиците развиваются патологические изменения в сосудистой стенке, приводящие к тяжелому заболеванию – атеросклерозу. Могут наступить также нарушения половой функции. В рационе человека, особенно пожилого возраста, обязательно должны содержаться растительные жиры. Заменимые жирные кислоты при отсутствие в пище жиров могут синтезироваться из углеводов и продуктов распада белков.

В процессе обмена жиры в организме могут трансформироваться в гликоген, а также молекулы жира принимают участие в пластическом синтезе сложных органических веществ – липоидов, которые входят в структуру протоплазмы органов и тканей. Кроме того, жир подвергается непосредственному окислению, выделяя энергию и распадаясь на углекислый газ и воду. Вначале жиры подвергаются гидролизу под действием липаз, в результате чего образуются глицерин и жирные кислоты. Распад глицерина протекает аналогично окислительному распаду глюкозы. В процессе бета-окисления жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА, а распадающиеся на углекислый газ и воду. Образование ацетил-КоА важно потому, что при помощи этого соединения осуществляется связь углеводного и жирового обменов, так как в процессе расщепления углеводов также образуется ацетил-КоА.

Гуморальная регуляция обмена жиров осуществляется адреналином, норадреналином мозгового слоя надпочечников, соматотропным гормоном, тироксином щитовидной железы (жиромобилизирующие влияния), глюкокортикоидами коры надпочечников, а также инсулином поджелудочной железы, оказывающими тормозящее влияние на мобилизацию жира. Нервная регуляция осуществляется парасимпатической нервной системой (усиливает отложение жира в депо) и симпатической (способствует мобилизации жира из жировых депо). Центр регуляции обмена жира находится в гипоталамусе.

Обмен углеводов

Углеводы имеют в организме преимущественно энергетическое значение, хотя участвуют и в пластической функции, так как входят в состав клеточных оболочек. Их роль в энергетических процессах связана с тем, что они способны быстро расщепляться и окисляться с выделением энергии, откладываться в депо и легко из него извлекаться, а также проникать в виде моносахаридов в кровь, тканевую жидкость и клетки. Использование углеводов особенно выгодно в случаях экстренной потребности организма в энергии, например, при эмоциях, сильных мышечных усилиях и других состояниях.

Основным источником углеводов являются растительные вещества. Они поступают в организм в виде моно-, ди- и полисахаридов и всасываются в кровь в виде моносахаридов. Концентрация сахара в крови равна 80-120 мг% у здорового человека и поддерживается на постоянном уровне. Глюкоза поступает из пищеварительного тракта с кровью в печень, где из нее синтезируется полисахарид гликоген, который откладывается в клетках печени про запас. Данная функция печени получила название гликогенобразовательной. Он откладывается в значительных количествах – до 150-200 г. Если углеводы поступают в небольшом количестве, то они сразу в печени превращаются в гликоген. В этом случае количество глюкозы в крови не повышается. Если в кровь из кишечника поступает большое количество глюкозы (например, при обильном принятии сахара), то она не успевает трансформироваться в гликоген и концентрации ее в крови повышается. Это явление называется алиментарной (пищевой) гипергликемией. Возрастание уровня глюкозы в крови выше 150-180%мг сопровождается выведением ее почками. Появление в этом случае глюкозы в моче носит название глюкозурии. Пищевая гипергликемия и глюкозурия держатся недолго, так как представляют собой физиологические явления.

Если по какой-либо причине количество глюкозы в крови уменьшается, то под влиянием нервных и гуморальных факторов в печени происходит усиленное расщепление гликогена и глюкоза поступает в кровь. Её содержание в крови восстанавливается до нормы. Чрезмерное уменьшение уровня глюкозы в крови – гипогликемия – может приводить к патологическим последствиям: мышечной слабости и повышенной утомляемости. Еще более резкое уменьшение глюкозы в крови – до 40-50 мг% – вызывает расстройство нервной системы – наступают потеря сознания, судороги и другие явления, которые могут привести к смерти (гипогликемическая кома). В этих случаях своевременное введение глюкозы в кровь или сахара через рот ликвидирует явления гипогликемии.

Гликоген, кроме печени, откладывается в поперечнополосатых мышцах. Здесь содержание гликогена составляет 1-2%. Вмышцах он выполняет энергетическую роль, обеспечивая сократительную деятельность. При работе мышц происходят последовательные процессы расщепления гликогена, анаэробного и аэробного распада глюкозы. Выделяющаяся при этом энергия расходуется на сокращение мышц. При дефиците углеводов они могут образовываться из продуктов распада жиров и белков. Конечными продуктами окисления являются вода и углекислый газ. Захват глюкозы разными органами из притекающей крови неодинаков: мозг задерживает 12%, кишечник – 9%, мышцы – 7%, почки – 5%.

Уровень углеводного обмена регулируется, прежде всего, уровнем глюкозы в крови. Изменения в содержании глюкозы в крови воспринимаются глюкорецепторами, располагающимися в печени, сосудах и вентральном отделе гипоталамуса. Гипергликемию можно вызвать при раздражении продолговатого мозга и гипоталамуса, а также коры головного мозга (повышение сахара в крови у студентов перед экзаменом и у спортсменов перед стартом). Центральным звеном регуляции углеводного обмена является гипоталамус, откуда регулирующие влияния осуществляются и вегетативными нервами и гуморальным путём.

Гуморальная регуляция уровня сахара в крови осуществляется несколькими гормонами. Единственным гормоном, снижающим уровень глюкозы в крови, является инсулин. Это происходит за счёт усиления синтеза гликогена в печени и мышцах и повышение потребления глюкозы тканями. При недостатке инсулина развивается гипергликемия и глюкозурия. За повышение уровня глюкозы в крови отвечают: глюкагон (α-клетки островковой ткани поджелудочной железы), адреналин (мозговой слой надпочечников), соматотропный гормон (корковый слой надпочечников), соматотропный гормон гипофиза, тироксин и трийодтиронин (щитовидная железа). Эти гормоны в связи с однонаправленностью влияния на углеводный обмен объединяют понятием «контринсулярные гормоны».

Обмен воды

Вода и минеральные вещества не являются источниками энергии, но играют важную роль в процессах жизнедеятельности. Они выполняют в организме следующие функции:

· растворенные в воде минеральные вещества обеспечивают постоянство уровня осмотического давления, поддерживают кислотно-щелочное равновесие крови, тканей;

· минеральные соли и вода участвуют в диффузии веществ, обеспечивая процессы всасывания и выделения;

· вода является растворителем и важнейшим компонентом ряда биологических процессов;

· многие минеральные вещества входят в состав гормонов, ферментов и других биологически активных веществ.

Лишение организма воды быстро приводит к смерти, а лишение минеральных веществ вызывает тяжелые нарушения и в конце концов тоже приводит к смерти.

Хотя вода не является источником энергии, её поступление в организм является условием его нормальной жизнедеятельности. Количество воды у взрослого человека составляет 65% от общей массы тела, у ребёнка – 75-80%. Она является составной частью внутренней среды организма, универсальным растворителем, участвует в регуляции температуры тела. Больше всего воды в крови – 92%, во внутренних органах – 76-86%, в мышцах – 70%, меньше в жировой ткани – 30% и в костях – 22%.

В сутки потребность воды у взрослого человека составляет 2-2,5 л. Это количество складывается из воды, потребляемой при питье (1 л), воды, содержащейся в пище (1 л) и воды, которая образуется при обмене веществ (300-350 мл). Основные органы, выделяющие воду из организма – это почки, потовые железы, лёгкие и кишечник. Почками за сутки выделяется 1,2-1,5 л воды в составе мочи. Потовые железы удаляют 500-700 мл воды в составе пота. Лёгкие в виде водяных паров выводят 350 мл воды. При глубоком и учащённом дыхании это количество увеличивается до 700-800 мл в сутки. Через кишечник с калом выводится 100-150 мл. При расстройстве деятельности кишечника (при поносе) из организма может выводиться большое количество воды, что приводит к обезвоживанию организма.

При нормальной деятельности организма должен сохраняться водный баланс, то есть количество поступившей воды должно быть равно количеству выведенной из организма. Если воды выводится из организма больше, чем поступает, то возникает чувство жажды. Организм ребёнка быстро накапливает и быстро теряет воду. Это обусловлено интенсивным ростом ребёнка, физиологической незрелостью почек и нейроэндокринных механизмов регуляции водного обмена. При этом потери воды и обезвоживание организма у детей значительно выше, чем у взрослых. Они во многом зависят от выделения воды через лёгкие и кожу. В сутки выделение воды может достигать 50% объёма принятой жидкости, особенно при перегревании ребёнка. Потери воды у детей достигают 1,3 г/кг в час, в то время как у взрослых – 0,5 г/кг в час. Столь значительные потери воды вызывают у детей большую потребность восполнить её, чем у взрослых. Недостаточное количество воды может привести к «солевой лихорадке», т.е. к повышению температуры тела. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается. В 3 месяца ребёнку на 1 кг массы требуется 150-170 г воды, в 2 года – 95 г, в 13 лет – 45 г.

При высокой температуре (в южных широтах, горячих цехах) резко возрастает отдача воды потовыми железами и она может достигать 5-8 л в сутки. Необходимо пополнить запасы воды, что и достигается питьём. Но при этом следует учитывать, что повышенное введение и выведение воды организмом приводит к обеднению организма солями, поскольку они выводятся с потом. Вследствие этого коллоидные вещества крови теряют способность связывать воду и она не задерживается в организме. В этих случаях следует пить не пресную воду, а добавлять к ней поваренную соль, что и делается обычно на производстве в горячих цехах и при других условиях нарушения баланса воды.

Регуляция водного обмена осуществляется нервно-гуморальным путём. Центр жажды находится в гипоталамусе (см. раздел «Жажда»). Гормонами, которые регулируют водный баланс являются антидиуретический гормон гипоталамуса, усиливающий процессы обратного всасывания воды в почечных канальцах и тем самым уменьшающий диурез и минералокортикоиды – гормоны коры надпочечников, которые увеличивают количество тканевой межклеточной жидкости и стимулируют процесс выведения калия из организма.

Обмен минеральных веществ

Для нормального функционирования организма необходимо поступление минеральных веществ. Они определяют структуру и функции многих ферментативных систем и процессов, обеспечивает нормальное течение важных физиологических процессов, принимает участие в пластических процессах. У новорожденного ребёнка минеральные вещества составляют 2,5% от массы тела, у взрослого – 5%. Минеральные соли содержатся в пище в достаточном количестве для поддержания жизнедеятельности. Только хлорид натрия вводится дополнительно. Для растущего организма и во время беременности минеральных солей требуется больше. Дополнительно необходимо вводить соли калия, магния, натрия, хлор и фосфор. При избыточном употреблении минеральных солей они могут откладываться про запас. Хлорид натрия откладывается в подкожной клетчатке, соли кальция – в костях, калия – в мышцах. При нехватке солей в организме, они поступают из депо. Регуляция минерального обмена осуществляется нервным (центр в гипоталамусе) и гуморальным (минералокортикоиды коры надпочечников) путями.

Изучение биологического воздействия минеральных веществ на организм было начато в 1981 году русским учёным В.И. Вернадским. Он предположил наличие всех элементов земной коры в составе живых организмов. В настоящее время их делят на макро- и микроэлементы. Макроэлементы необходимы человеку ежедневно в граммовых количествах, потребность в микроэлементах не превышает миллиграммов или даже микрограммов, а содержание в организме составляет менее 0,05%.

К макроэлементам относится кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера, ванадий. Каждый из макроэлементов выполняет несколько функций.

Кальций является самым распространённым макроэлементов в организме человека. Общее содержание его составляет 1 кг, 99% которого входит в состав скелета, остальное – в состав зубов. Эта часть кальция обменивается очень медленно, лишь 4-6 г образуют быстро обмениваемый кальций. Кальций является необходимым фактором в процессе свёртывания крови, нервной проводимости, сокращении скелетной и сердечной мускулатуры. На усвояемость кальция большое влияние оказывает сочетание его с другим компонентом пищи. Если он поступает вместе с жирами, его усвояемость резко снижается. Хорошо утилизируется кальций из продуктов, одновременно богатых и фосфором. Оптимальное соотношение кальция и фосфора – 2:1, что имеет место в молоке и молочных продуктах. Основными пищевыми источниками кальция являются молоко и молочные продукты, особенно сыры, бобовые, соя, арахис. Из молочных продуктов всасывается 20-30% кальция, а из растительных продуктов – 50%. Потребность в кальции у организма возрастает в детском возрасте в связи с ростом костной ткани, у беременных и кормящих женщин, после травм и переломов костей. Для развития ребёнка наиболее важны соотношения кальция и фосфора. С обменом этих веществ связаны рост костей, окостенение хрящей и окислительные процессы в организме. Наибольшая потребность в кальции наблюдается на первом году жизни ребёнка: она в 8 раз больше, чем на втором году жизни и в 13 раз больше, чем на третьем году. Затем потребность в кальции снижается, составляя 0,7-2,4 г в сутки. 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 – 1:2. Такое соотношение способствует нормальному развитию скелета. Идеальное соотношение солей кальция и фосфора имеется в молоке.

Потребность в кальции у женщин увеличивается также в период климакса. В это время дефицит кальция в костной ткани приводит к развитию остеопороза с повышенной хрупкостью костей, склонности к их переломам. Суточная доза кальция колеблется от 550 до 1300 мг в день в зависимости от возраста. Очень важно, чтобы к 25-30 годам в организме каждого человека сформировалась максимальная масса костной ткани. При старении костная ткань теряет часть кальция, что называется деминерализацией костей. Деминерализация с возрастом захватывает все части скелета. Это способствует появлению различных заболеваний скелета, в том числе остеохондроза, более частым переломам костей.

Общее содержание магния в организме взрослого человека составляет 21-24 г. Из этого количества 50-70% находится в костной ткани. При дефиците магния он частично высвобождается из костей. Магний является универсальным регулятором биохимических и физиологических процессов в организме, участвуя в энергетическом и пластическом обмене. Магний участвует более чем в 300 биохимических реакциях. Особое значение имеет магний в функционировании нервной системы и проводящей системы сердца. Хорошая обеспеченность организма магнием способствует лучшей переносимости стрессовой ситуации, подавлению депрессии. Существенно увеличивается потребность организма в магнии при физических нагрузках, у спортсменов в процессе длительных тренировок, а также при стрессовых ситуациях. Ежедневная потребность в магнии организма взрослого человека составляет 300-400 мг. У лиц, занимающихся тяжёлым физическим трудом, у спортсменов, беременных и кормящих женщин потребность в магнии возрастает на 150 мг в сутки. Значительное количество магния содержится в орехах и зерновых культурах, рыбе и свежих продуктах (особенно бананах). Недостаточное содержание магния в организме проявляется синдромом «хронической усталости», снижением умственной работоспособности, ослаблением внимания и памяти. Могут наблюдаться тремор и судороги скелетной мускулатуры (икроножных и подошвенных мышц). Гипермагниемия встречается редко.

Натрий является основным катионом плазмы крови, определяющим величину осмотического давления. Обычно за сутки взрослый человек принимает от 5 до 15 г натрия. Основным пищевым источником натрия является поваренная соль. В условиях обычной жизнедеятельности человека дефицит натрия маловероятен, так как он имеется в достаточном количестве в большинстве пищевых продуктов. Дополнительное количество натрия может потребоваться только после интенсивных физических нагрузок, когда натрий теряется с потом. Суточная потребность детей составляет 25-40 мг.

Калий является основным внутриклеточным ионом, тогда как главный внеклеточный ион – натрий. Калий играет существенную роль в регулировании многочисленных функций организма. Он участвует в процессе проведения нервных импульсов и способствует лучшей деятельности головного мозга, улучшая снабжение его кислородом, снижает артериальное давление, осуществляет сокращения сердечных мышц. Суточное потребление калия составляет 900 мг. Богаты калием цитрусовые, все зелёные овощи, картофель. При низкоуглеводной диете (мало овощей и фруктов) возможно понижение уровня калия в организме. Это приводит к развитию общей слабости и ослаблению рефлексов. Усиливает выведение калия из организма употребление алкогольных напитков, кофе, сахара. Нередко люди для устранения чувства усталости выпивают большие количества кофе, но возникающий при этом дефицит калия приводит к обратному результату, что сопровождается различными нарушениями сердечного ритма. Повышенное содержание калия в крови может возникнуть при чрезмерной физической нагрузке или при избыточном потреблении калия и также приводит к нарушению сердечного цикла. Суточная потребность детей составляет 12-30 мг.

Фосфор является элементом, необходимым для многих жизненно важных физиологических процессов, в том числе для минерализации костной ткани. 80% фосфора находится в костной ткани, остальные 20% в ферментных системах. Фосфор широко распространён в пищевых продуктах и случаи его недостаточности у здорового человека неизвестны. Наибольшее его количество содержат рыба, мясо, яйца, зерновые продукты, орехи. Но не весь фосфор пищи всасывается, для этого необходимо наличие многих факторов, в частности, витамина Д. Фосфор участвует практических во всех физиологических и химических процессах организма. Он необходим для нормальной структуры костей и зубов, является обязательным компонентом нуклеиновых кислот и ферментных систем. Потребление фосфора достигает максимума в юности, причём у мужчин оно выше, чем у женщин. Для населения экономически развитых стран существует проблема избыточного потребления фосфора. Кроме того, важно не только абсолютное количество потребляемого с пищей фосфора. но и оптимальное соотношение фосфора и кальция в пищевом рационе (1:1 у взрослых). Соблюдение такого соотношения в реальных условиях затруднительно, так как оптимальное соотношение кальция и фосфора встречается только в молоке и молочных продуктах, а в большинстве продуктов фосфора значительно больше, чем кальция. Так, в хлебе и картофеле оно равно 1:5, а в мясе и рыбе – до 1:20. Вследствие этого соотношение кальция и фосфора в рационе современного человека отличается от оптимального в сторону избыточного потребления фосфора. Всё это может вызвать изменения в костной ткани и почках.

Ванадий участвует в метаболизме холестерина и синтезе ряда гормонов. Снижение его содержания приводит к ослаблению репродуктивной функции. Естественными продуктами ванадия являются грибы, соя, зелень, злаки, печень и морепродукты. При избытке ванадия появляются признаки нарушения функций печени и почек, а также угнетения функции костного мозга.

Сера поддерживает упругость и здоровый вид кожи. Она необходима для образования кератина – белка, находящегося в суставах, волосах и ногтях, входит в состав почти всех белков и ферментов, способствует секреции желчи в печени. Сера имеется во всех продуктах с высоким содержанием белка: мясе, яйцах, бобовых, молоке, рыбе. Дефицит серы может возникнуть при недостатке белка в рационе и у курильщиков.

Микроэлементы присутствуют в организме в небольших количествах (0,005% от массы тела) и по степени необходимости в организме располагаются в следующем порядке: железо, йод, медь, марганец, цинк, кобальт, молибден, селен, хром, фтор, кремний, никель, мышьяк. Ещё недавно считалось, что недостаточность микроэлементов, кроме железа и никеля, развивается крайне редко. В настоящее время установлена физиологическая роль многих микроэлементов и выявлены дефициты метаболизма, связанные с их недостатком. Например, ранее была известна только токсическая роль селена, а сейчас установлено его антиоксидантное действие. Недостаточность в почве селена, а следовательно в растительных и животных продуктах выявлена в Беларуси, во многих регионах Прибалтики, Украины, России. Использование синтетических питательных смесей для детей раннего возраста создаёт риск недостаточности этих элементов для нормальной жизнедеятельности человеческого организма. Загрязнение окружающей среды и создание синтетических пищевых продуктов приводит к возможности появления дефицита некоторых микроэлементов или их чрезмерного появления.

Железо является важнейшим микроэлементом. Оно входит в состав гемоглобина эритроцитов, миоглобина и многих ферментов, участвует в процессах кроветворения, обеспечивает фагоцитоз и иммунитет.

В организме человека содержится 3,5-5 г железа: 65% в гемоглобине, 31% в депо, 4% - в миоглобине и в плазме крови. Суточная потребность в железе составляет 10-15 мг в сутки. Потребность в железе у детей выше, чем у взрослых (1-1,2 мг на 1 кг массы, а у взрослых – 0,9 мг). Из общего количества железа, поступающего с пищей у взрослого человека за сутки (10 г) усваивается лишь 1-1,5 мг. Такое же количество ежесуточно теряется при слущивании эпидермиса и кишечного эпителия. Если в организм поступает меньшее количество железа, его всасывание возрастает до 5-6 мг. Потребность организма в железе повышается в период роста, при беременности, во время менструаций. Дефицит железа возникает при недостаточном его поступлении с пищей (неполноценное питание, диета с недостаточным количеством мясных продуктов). Недостаток железа в организме приводит к развитию железодефицитной анемии. По данным ВОЗ в мире такой анемией страдает около 600 млн. человек. В Европе заболевание встречается у 40% женщин, 15% мужчин, 90% беременных, а в некоторых африканских и азиатских странах – у 70-90% населения.

Йод. Значение йода в жизнедеятельности человеческого организма очень велико. Важность проблемы усиливается в результате того, что во многих регионах земного шара имеется дефицит йода в почве и питьевой воде, вследствие чего население указанных районов получает недостаточное количество йода. Согласно данным ВОЗ, более 1,5 млрд. человек (30% населения мира) проживают в районах, где отмечается недостаточное потребление йода. Проблема йодного дефицита чрезвычайно актуальна для Беларуси и России. Так, более, чем на 70% территорий России выявлен недостаток йода в воде, почве и продуктах питания. Около 20 млн. населения земли вследствие дефицита йода имеют умственную отсталость. Суточная потребность взрослого человека в йоде составляет 150 мкг в день, а беременных женщин – 200 мкг. Практически на всей территории Беларуси реальное потребление йода меньше рекомендуемой нормы, оно не превышает 40-80 мкг в день, что соответствует такому понятию как минимальный умеренный дефицит йода, который характеризуется как «скрытый голод йода». Особенно большое значение дефицит йода имеет во время беременности, при формировании плода, его нервной и эндокринной систем и является фактором риска развития у ребёнка кретинизма. У детей при дефиците йода возникают нарушение психических функций, увеличивается заболеваемость, снижается успеваемость. Коррекция дефицита йода обеспечивается путём изменения характера питания или с помощью дополнительного приёма йодосодержащих препаратов. Рекомендуется употреблять в пищу естественные продукты, богатые йодом. К ним относятся морская капуста, морская рыба и другие морепродукты, овощи, выращенные на почве, богатой йодом. К сожалению этими продуктами полностью устранить дефицит йода у большинства жителей Беларуси весьма сложно. В наших условиях целесообразно употреблять йодированную соль, йодированную воду, обогащённые йодом хлеб и молочные продукты, адаптированные молочные смеси для детей.

Медь. В организме человека содержится 150 мг меди, из них 10-12 мг в печени, остальное количество – в других органах и тканях. Суточная потребность в меди около 2-3 мг. Медь является жизненно необходимым микроэлементом, так как входит в состав белков. Приобретённая недостаточность меди встречается редко.

Кобальт. Он входит в состав молекулы витамина В₁₂. Кобальт участвует в кроветворении, в процессах роста и размножения совместно с цинком, медью, железом. Для взрослого человека суточная потребность в кобальте составляет около 0,05-0,1 мг. Основной естественный источник кобальта – это зелёные листовые овощи.

Цинк в организме человека составляет 0,01% массы тела (1-2,5 г). Цинк имеет значение в регенерации тканей, входит в состав ферментов, обладает антиоксидантными свойствами. Наибольшее количество его содержится в субпродуктах, в мясе, нешлифованном рисе, семенах подсолнуха. Дефицит цинка в организме сопровождается ослаблением иммунитета, у детей – снижением аппетита, нарушением вкуса и замедлением роста. Недостаточность цинка сказывается на половой функции, его проявления сходны с теми, которые развиваются при старении организма. Опасность дефицита цинка появляется у строгих вегетарианцев, а также в организме курильщиков и алкоголиков.

Фтор. Большая часть фтора в организме заключена в костях и зубах. Поэтому наличие фтора в пище необходимо для правильного формирования костной и зубной ткани. Рафинированные продукты питания не всегда содержат достаточное количество фторидов, в связи с чем фторирование питьевой воды очень важно, особенно для правильного развития костной системы растущего организма. Недостаточное содержание фтора в организме человека создаёт предрасположенность к развитию кариеса зубов и остеопороза. Богатыми источниками фтора являются морепродукты и чай. Физиологиче