Углеводы — основной источник энергии для организма. Источники энергии для организмов

Углеводами называют природные органические вещества, формула которых содержит в своем составе углерод и воду. Углеводы способны давать нашему организму энергию, необходимую для его полноценной жизнедеятельности. По своей химической структуре, углеводы делятся на простые и сложные .

К простым углеводам относятся углеводы, содержащиеся в молоке; фруктах и сладостях – моно- и олигосахариды.
Сложными же углеводами являются такие соединения как крахмал, гликоген и целлюлоза. Они содержатся в злаковых, кукурузе, картофеле и животных клетках.

ПРОДУКТЫ БОГАТЫЕ УГЛЕВОДАМИ:

Указано ориентировочное количество в 100 г продукта

Сахар-рафинад 99,9 г Мед пчелиный 80,3 г Мармелад 79,4 г

Пряники 77,7 г Соломка сладкая 69,3 Финики 69,2 г

Макароны из муки 1-сорта 68,4 г Крупа перловая 66,9 г Изюм (кишмиш) 65,8г

Повидло яблочное 65 г Рис 62,3 г Овсяные хлопья «Геркулес» 61,8 г

Пшеничная мука 61,5 г Кукуруза 61,4 г Гречка 60,4 г

+ Еще 40 продуктов богатых углеводами (указано количество грамм в 100 г продукта ):
Крахмал	83,5	Крупа ячневая	71,7	Подосиновики сушеные	33	Мак	14,5
Мука рисовая	80,2	Крупа пшено	69,3	Соя	26,5	Инжир	13,9
Крупа рисовая	73,7	Баранки	68,7	Чечевица	24,8	Миндаль	13,6
Крупа манная	73,3	Крупа овсяная	65,4	Шиповник свежий	24	Рябина садовая	12,5
Мука ржаная	76,9	Сдобная выпечка	60	Кешью	22,5	Шелковица	12,5
Крупа кукурузная	75	Шиповник сушеный	60	Бананы	22	Черешня	12,3
Сушки	73	Нут	54	Мука соевая	22	Грецкий орех	10,2
Сухари пшен.	72,4	Хлеб ржаной	49,8	Кедровый орех	20	Арахис	9,7
Мука кукурузная	72	Подберезовики сушен.	37	Виноград	17,5	Какао бобы	10
Мука гречневая	71,9	Зародыши пшеницы	33	Хурма	15,9	Белые сушеные грибы	9

Суточная потребность в углеводах Для того чтобы чувствовать себя комфортно, необходимо, чтобы каждая клетка нашего организма получала положенную ей норму энергии. Без этого мозг не сможет выполнять свои аналитико-координационные функции, а, следовательно, не передаст соответствующую команду мышцам, которые также окажутся бесполезными. В медицине такое заболевание называется кетозом.Чтобы этого не допустить, необходимо обязательно включать в свой ежедневный рацион требуемое количество углеводов. Для человека, ведущего активный образ жизни, их суточное количество должно быть не ниже 125 грамм.Если же ваш образ жизни менее активен, допускается употребление меньшего количества углеводов, но их количество не должно быть ниже 100 грамм / сутки.

Потребность в углеводах возрастает: Являясь главными источниками энергии, поступающей в организм с пищей, углеводы в первую очередь, используются во время активной умственной и физической деятельности. Следовательно, во время серьезных производственных нагрузок потребность в углеводах максимальна. Увеличивается потребность в углеводах и при беременности, а также в период кормления ребенка грудью.

Потребность в углеводах снижается: Низкая производительность труда, пассивный образ жизни снижают энергозатраты организма, а, следовательно, и потребность в углеводах. Проводя выходные дни перед телевизором, читая художественную литературу или занимаясь сидячей работой, не требующей серьезных энергозатрат, можно спокойно уменьшить количество углеводов в предельно допустимых нормах, без вреда для организма.

Усваиваемость углеводов Как было уже сказано выше, углеводы делятся на простые и сложные . По степени усваиваемости – на быстро- , медленно- и неусваиваемые организмом углеводы.К числу первых относятся такие углеводы, как глюкоза, фруктоза и галактоза . Эти углеводы относятся к классу так называемых моносахаридов и быстро усваиваются организмом. Продукты, содержащие быстро-усваиваемые углеводы: мед, карамель, бананы, шоколад, финики и т.д.Самым важным углеводом для нас является глюкоза. Именно она отвечает за энергетическое обеспечение организма. Но если вы спросите, что же происходит с фруктозой и галактозой , то не волнуйтесь, они не пропадают даром. Под воздействием физико-химических реакций, проходящих в организме, они трансформируются опять таки в молекулы глюкозы.Теперь, что касается сложных углеводов . Они, как уже было сказано выше, содержатся в животных клетках и тканях растений и усваиваются обычно медленно. Растительные углеводы в свою очередь подразделяются на перевариваемые и неперевариваемые. К перевариваемым относится крахмал, который состоит из глюкозных молекул, выстроенных особым способом, так что для их расщепления требуется больше времени.Целлюлоза же, несмотря на то, что она также относится к углеводам, энергию для нашего организма не поставляет, так как является нерастворимой частью растительной клетки. Однако она также принимает активное участие в процессе пищеварения.Вы, вероятно, видели на полках магазинов, аптек, либо у дистрибьюторов сетевых компаний препараты, которые содержат растительную клетчатку . Именно она и является растительной целлюлозой, которая, действует как ершик, очищая стенки нашего пищеварительного тракта от всевозможных загрязнений. Гликоген же стоит особняком. Высвобождаясь по мере необходимости, он исполняет роль своеобразного хранилища глюкозы, которая откладывается в гранулированном виде в цитоплазме клеток печени, а также в мышечной ткани. Когда же в организм поступает очередная порция углеводов, то часть из них тут же преобразуется в гликоген, так сказать «на черный день». То, что не было трансформировано в молекулы гликогена, поступает на переработку, целью которой является получение энергии.

Полезные свойства углеводов и их влияние на организм Углеводы не только являются отличным пищевым источником энергии для организма, но также входят в строение клеточных оболочек, очищают организм от шлаков (целлюлоза), участвуют в защите организма от вирусов и бактерий, играя немаловажную роль в создании крепкого иммунитета. Применяются в различных видах производства. В пищевой промышленности, например, используется крахмал, глюкоза и пектиновые вещества. Для производства бумаги, тканей, а также как пищевая добавка, используется целлюлоза. Спирты, получившиеся путем сбраживания углеводов, применяются в медицине и фармакологии.

Какие углеводы предпочесть? В питании необходимо соблюдать долевое количество быстро- и медленно-усваиваемых углеводов. Первые хороши в том случае, когда необходимо быстро получить некое количество энергии, предназначенной для выполнения определенной работы. Например, для того, чтобы быстрее и лучше подготовиться к экзаменам. В этом случае можно употребить определенное количество быстро усваиваемых углеводов (мед, шоколад, конфеты и т.д.). Употребляют «быстрые» углеводы и спортсмены во время выступлений и после, для быстрого восстановления сил.Если же выполнение работы может занять длительное время, то в данном случае употреблять лучше «медленные» углеводы. Поскольку, для их расщепления требуется большее количество времени, то и выделение энергии растянется на весь период работы. Если же в данном случае употребить быстро-усваиваемые углеводы, притом в количестве, необходимом для выполнения длительной работы, может произойти непоправимое.Энергия выделится быстро и массированно. А большое количество неуправляемой энергии, это как шаровая молния, способная нанести непоправимый вред здоровью. Часто от такого выброса энергии страдает нервная система, в которой может произойти элементарное замыкание, как и в обычных электросетях. В этом случае она начинает сбоить и человек превращается в нервное создание, которое не способно выполнять точные действия с участием мелкой моторики рук.

Признаки нехватки углеводов в организме

Депрессия, апатия, упадок сил могут стать первыми сигналами нехватки углеводов в организме. Если питание не нормализовать, скорректировав рацион необходимым количеством углеводистых продуктов, состояние может ухудшиться. Следующий этап - это разрушение жизненно важных белков организма. Все это вызывается токсическим повреждением мозга, страдающего от недостатка углеводов. Медики называют такое заболевание кетозом.

Признаки избытка углеводов в организме

Гиперактивность, лишний вес, дрожь в теле и неспособность сконцентрироваться могут указывать на избыток углеводов в организме. В первую очередь, от переизбытка углеводов страдает нервная система.Вторым же органом, страдающим от переизбытка энергии, является поджелудочная железа. Она расположена в левом подреберье. Тело железы представляет собой удлиненное образование длинной 14-22 см и шириной 3-9 см. Помимо того, что она производит панкреатический сок, богатый ферментами, необходимыми для пищеварения, она также участвует и в углеводном обмене. Это происходит благодаря так называемым островкам Лангенгартса, которые покрывают всю внешнюю поверхность железы. Они производят вещество, именуемое в простонародье инсулином. Именно этот гормон поджелудочной железы отвечает, будут ли у человека проблемы с углеводами или нет.Частое и неумеренное употребление продуктов, повышающих уровень инсулина в крови («быстрых» углеводов) может стать причиной диабета II типа, гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний.

ЧТО ТАКОЕ ГЛИКЕМИЧЕСКИЙ ИНДЕКС?

Сегодня большое внимание уделяется гликемическому индексу продуктов питания. Чаще всего такими данными пользуются спортсмены и другие люди, мечтающие быть здоровыми и обрести стройные формы. Гликемическим индексом (ГИ) называется показатель того, насколько пища повышает уровень сахара в крови. За абсолютную величину взята глюкоза, с ГИ равным 100%. К продуктам с высоким ГИ чаще всего относится пища, содержащая простые углеводы, сложно-углеводистые продукты имеют, как правило, низкий ГИ.

Многим из вас известно заболевание под названием диабет. Некоторых оно, к счастью, миновало, а другие люди вынуждены в течение долгих лет пить делать себе уколы инсулина. Вызывается такое заболевание недостаточным количеством гормона инсулина в организме.

Что же происходит, когда количество поступившей глюкозы выше необходимого уровня? На ее переработку направляются дополнительные порции инсулина. Но необходимо учесть, что островки Лангенгартса, отвечающие за его производство, обладают одной неприятной особенностью. Когда инсулин, содержащийся в том или ином островке, устремляется на встречу порции углеводов, сам островок съеживается, и больше он инсулин не производит.

Казалось бы, что на его место должны прийти другие островки, продолжившие его великую миссию. Но нет, в результате современной экологии, наш организм утратил возможность к продуцированию новых островков. Поэтому, чтобы Вас не застал диабет, на самом пике вашей жизни, не стоит употреблять большое количество быстро усваиваемых углеводов. Лучше подумать о тех углеводах, которые не причинят вам вреда, а их употребление принесет вам хорошее настроение и активный образ жизни на долгие годы.

УГЛЕВОДЫ В БОРЬБЕ ЗА СТРОЙНОСТЬ И КРАСОТУ

Желающим оставаться стройными и подтянутыми, диетологи рекомендуют употреблять в пищу медленно усваиваемые углеводы, которые содержатся в овощах, включая бобовые, в некоторых фруктах и крупах. Эти продукты дольше усваиваются организмом и, следовательно, надолго сохраняется чувство сытости.

Что касается энергетической ценности углеводов, то она вычисляется следующим образом.

Поскольку 1 грамм углеводов способен произвести энергии в количестве 4,1 килокалории, то при активном образе жизни (суточная норма - 125 грамм), человек получит от употребляемых углеводов 512,5 килокалорий. Менее активному человеку потребуется всего лишь 410 килокалорий, при суточной норме углеводов 100 грамм.

УГЛЕВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ

Ниже мы представляем примерный перечень продуктов, на которые следует обратить свое особое внимание. Это медленно усваиваемые углеводы, которые могут принести максимальную пользу вашему здоровью.

На первом месте у нас стоят овсяная, рисовая и гречневая каши. Затем идут ржаной и пшеничный хлеб из муки грубого помола. Далее наш перечень продолжают горох и фасоль. И завершается он картофелем и макаронными изделиями из твердых сортов пшеницы.

Что же касается «быстрых» углеводов, то вместо тортиков и пирожных, съешьте лучше один банан, немного фиников, изюма, или ложечку гречневого либо липового меда. Этого количества будет достаточно для выполнения краткой, но требующей большого количества энергии работы.

Ну а мы завершаем, и надеемся, что ваш разум и чувство меры сберегут ваше здоровье на долгие годы. Здоровья вам и долголетия!

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

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

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

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

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

Говядина средняя жирная

Желток куриного яйца

Белок куриного яйца

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

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

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

Тяжелый физический Механизированный Умственный

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

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

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

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

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

ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. РАЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ.

План лекции.

Понятие об обмене веществ в организме животных и человека. Источники энергии в организме.

Основные понятия и определения физиологии обмена веществ и энергии.

Методы изучения энергетического обмена у человека.

Понятие о рациональном питании. Правила составления пищевых рационов.

Понятие об обмене веществ в организме животных и человека. Источники энергии в организме.

Организм человека представляет собой открытую термодина-мическую систему, которая характеризуется наличием обмена веществ и энергии.

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, биохимических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Указанные процессы, протекающие в организме человека изучают многие науки: биофизика, биохимия, молекулярная биология, эндокринология и, конечно же, физиология.

Обмен веществ и обмен энергии тесно взаимосвязаны между собой, однако, с целью упрощения понятий, их рассматривают раздельно.

Обмен веществ (метаболизм) – совокупность химических и физических превращений, происходящих в организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой.

В обмене веществ различают две направленности процессов по отношению к структурам организма: ассимиляцию или анаболизм и диссимиляцию или катаболизм.

Ассимиляция (анаболизм) – совокупность процессов создания жи-вой материи. Указанные процессы потребляют энергию.

Диссимиляция (катаболизм) – совокупность процессов распада жи-вой материи. В результате диссимиляции энергия воспроизводится.

Жизнь животных и человека представляет из себя единство процес-сов ассимиляции и диссимиляции. Факторами, сопрягающими данные процессы, являются две системы:

АТФ – АДФ (АТФ - аденозин три фосфат, АДФ – аденозин ди фосфат;

НАДФ (окисленный) – НАДФ (восстановленный), где НАДФ – никотин амид ди фосфат.

Посредничество указанных соединений между процессами ассимиляции и диссимиляции обеспечивается тем, что молекулы АТФ и НАДФ выступают в роли универсальных биологических аккумуляторов энергии, ее переносчика, своеобразной «энергетической валютой» организма. Вместе с тем, прежде чем энергия аккумулируется в молекулах АТФ и НАДФ, ее необходимо извлечь из питательных веществ, которые поступают с пищей в организм. Такими пищевыми веществами являются известные вам белки, жиры и углеводы. К этому же следует добавить, что питательные вещества выполняют не только функцию поставщиков энергии, но и функцию поставщиков строительного материала (пластическая функция) для клеток, тканей и органов. Роль различных питательных веществ в реализации пластических и энергетических потребностей организма неодинакова. Углеводы в первую очередь выполняют энергетическую функцию, пластическая функция углеводов незначительна. Жиры в равной степени выполняют и энергетические и пластические функции. Белки являются основным строительным материалом для организма, но при определенных условиях могут являться и источниками энергии.

Источники энергии в организме.

Как уже отмечалось выше, основными источниками энергии в организме являются пищевые вещества: углеводы, жиры и белки. Освобождение энергии, содержащейся в пищевых веществах, в организме человека протекает в три этапа:

1 этап. Белки расщепляются до аминокислот, углеводы - до гексоз, например, до глюкозы или фруктозы, жиры – до глицерина и жирных кислот. На данном этапе организм в основном тратит энергию на расщепление веществ.

2 этап. Аминокислоты, гексозы и жирные кислоты в ходе биохимических реакций превращаются в молочную и пировиноградную кислоты, а также в Ацетил коэнзим А. На данном этапе из пищевых веществ высвобождается до 30% потенциальной энергии.

3 этап. При полном окислении все вещества расщепляются до СО 2 и Н 2 О. На данном этапе, в метаболическом котле Кребса, высвобождается оставшаяся часть энергии, около 70%. При этом не вся высвобождающаяся энергия аккумулируется в химическую энергию АТФ. Часть энергии распыляется в окружающую среду. Эта теплота получила название первичной теплоты (Q 1). Энергия аккумулированная АТФ в дальнейшем расходуется на различные виды работы в организме: механическую, электрическую, химическую и активный транспорт. При этом часть энергии теряется в виде так называемой вторичной теплоты Q 2 . Смотри схему 1.

Углеводы

Биологическое окисление

Н 2 О + СО 2 + Q 1 + АТФ

Механичес-кая работа

+ Q 2

Химическая работа

+ Q 2

Электричес-кая работа

+ Q 2

Активный транспорт

+ Q 2

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

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

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

Энергетическая ценность пищевых веществ.

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

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

Основные понятия и определения физиологии обмена веществ и энергии.

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

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

Основной обмен.

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

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

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

Условия, в которых должен оцениваться основной обмен:

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

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

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

Факторы, влияющие на основной обмен.

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

Влияние возраста на основной обмен.

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

Влияние роста и массы тела на основной обмен.

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

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

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

Влияние половой принадлежности на уровень основного обмена.

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

Специфическое динамическое действие пищи.

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

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

Рабочая прибавка.

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

Методы изучения энергетического обмена у человека.

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

С наступлением весны, вместо долгожданного прилива сил, вы можете ощутить непонятную слабость, апатию и усталость. Это так называемый весенний авитаминоз, который коснулся и вас. За зиму организм истощил запасы витаминов и микроэлементов, и теперь ему как никогда необходима ваша поддержка и посильная подпитка.

Весна уж точно не лучшее время для диет. Питание в это время года должно быть сбалансированным и направленным на получение жизненной энергии. Ее вам могут обеспечить определенные продукты. Это и есть самые полезные продукты питания для человека.

Прежде всего, обратите внимание на овощи и на фрукты. Обязательно включайте их в свой рацион, но при этом будьте осторожны – часто они богаты лошадиной дозой нитратов, и способны вызвать острое отравление. Старайтесь покупать продукты в тех торговых точках, которые регулярно проходят санитарно-эпидемиологическую проверку. Также перед поеданием заливайте их на полчаса водой, а потом еще раз смывайте в новой воде.

Не бросайтесь на первые, только появившиеся овощи и фрукты – чаще всего именно они грешат высокими дозами вредных веществ. Выдержите еще пару недель, следующие партии будут и дешевле и безопасней.

Ограничьте поступление в организм животных жиров. Они вызовут усталость и апатию, и не дадут должного количества энергии для организма. Лучше замените их на растительные жиры – они содержаться в оливковом, подсолнечном, кукурузном и других маслах.

Также включите в рацион полиненасыщенные жирные кислоты Омега3, наибольшее их количество в жирной морской рыбе. Не зря раньше детям давали пить рыбий жир. Он благоприятно влияет на общее состояние организма человека, увеличивая активность обмена веществ и работы мозга.

Обязательно ешьте с утра. Завтрак – это дело привычки, и если вы утверждаете, что не можете ничего в себя запихнуть спросонья, начните учиться завтракать с выходных. Для начала проснитесь немного раньше обычного, выполните несколько нехитрых физических упражнений и примите прохладный душ – так вы разбудите организм и подготовите его к приему пищи.

Идеальный источник внутренней энергии для организма человека – это каши. Они состоят из сложных углеводов и дают чувство насыщения на целый день. Если к ним добавить фрукты или овощи, творог и кофе без сахара, то полноценное начало дня вам обеспечено. Завтракая, вы обезопасите себя от перекусов до обеда, а также окончательно проснетесь и настроитесь на продуктивную работу.

Обед должен составлять 50% калорий, принимаемых вами за день. Что именно вы будете есть, зависит и от ваших возможностей, и от привычек. Старайтесь не перекусывать чем попало всухомятку, и уж тем более не прибегайте к помощи заведений быстрого питания. Подобная пища не даст должного чувства сытости, и осядет в вашем теле «плохим» холестерином.

Ужин должен быть не поздним. Но точное его время напрямую зависит от времени вашего отхода ко сну. Не есть после шести – клише, на самом деле перерыв между приемом пищи и сном должен составлять два-три часа. Ужин не должен быть сытным, чтобы не перегрузить желудок работой. По калорийности он как завтрак, но сложные углеводы тут не к месту.

Лучшим ужином будет рыба или нежирное мясо в варенном или запеченном виде (но никак не жаренном), в комплекте с овощным салатом, который вы заправите оливковым маслом.

Если в течение дня вас так и тянет перекусить, уберите с рабочего места и поля зрения всяческие печенья, конфеты и булочки. Они дадут энергию на короткий срок, но не упустят возможности осесть на вашей талии и бедрах лишними сантиметрами.

Купите и всегда носите с собой фисташки или какие-то другие орехи, возьмите в сумочку чернослив или курагу, помойте и положите перед собой яблоко. Такие перекусы не отразятся на фигуре и дадут силы дотянуть до обеда или ужина. Чтобы меньше хотелось есть в рабочее время каждый час выпивайте стакан воды.

Какие же продукты стоит обязательно включить в свой рацион, чтобы не чувствовать постоянного упадка сил?

Пейте зеленый чай, он обладает бодрящим действием и антиоксидантными свойствами. Также зеленый чай поможет организму усваивать витамин С. Его тоже не забудьте включить в свое меню в виде болгарского перца, шиповника, цитрусовых.

Для хорошего самочувствия и оптимизации процессов мышления обязательно ешьте рыбу – сельдь, сардины, тунец, макрель и др.

Много энергии вам дадут также нежирные сорта мяса - индейка, курица, кролик. Их лучше запекать или отваривать.

В орехах и семечках, конечно же, много калорий, но они содержат полиненасыщенные жиры и дают чувство сытости надолго.

Обязательно включите в свое меню морепродукты, печень, яйца, твердый сыр – они дадут организму необходимые микроэлементы, такие как цинк, селен и др.

Если у вас есть такая возможность, постарайтесь распределить всю пищу, съедаемую за день, на пять-шесть приемов.

Это обеспечит стабильный уровень сахара в крови, что не даст появиться головокружениям и слабости. Также подобный режим положительно скажется на вашем общем состоянии – внутренняя энергия организма человека будет рационально пополняться и тратиться организмом в адекватном количестве.

Конспект по экологии

Главнейшим источником энергии, определяющим тепловой баланс и термический режим биосферы Земли, является лучистая энергия Солнца.

Солнце освещает и обогревает Землю, поставляя энергию, которую зеленые растения используют для синтеза соединений, обеспечивающих их жизнедеятельность и потребляемых в пищу практически всеми остальными организмами. Кроме того, солнечная энергия поддерживает круговорот важнейших химических веществ и является движущей силой климатических и метеорологических систем, перераспределяющих тепло и влагу на земной поверхности.

Энергия Солнца излучается в космос в виде спектра ультрафиолетового, видимого светового и инфракрасного излучения и других форм лучистой или электромагнитной энергии.

Поверхности Земли достигают в основном ближнее ультрафиолетовое излучение, видимый свет и ближнее инфракрасное излучение. Около 34% лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли, сразу же отражается назад в космос облаками, пылью и другими веществами, находящимися в атмосфере, а также собственно поверхностью Земли. Подавляющая часть из остающихся 66% идет на нагревание атмосферы и суши, испарение и круговорот воды, преобразуется в энергию ветров. И лишь незначительная доля этой энергии (0,5%) улавливается зелеными растениями и используется в процессе фотосинтеза для образования органических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности организмов.

Основная доля вредного ионизирующего излучения Солнца. Особенно ультрафиолетовой радиации, поглощается молекулами озона (О3) в верхней части атмосферы (стратосфере) и водяным паром в нижней части атмосферы. Без этого экранирующего эффекта большинство современных форм жизни на Земле не могло бы существовать.

Таким образом, все живое на Земле существует за счёт незагрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Растения используют всего лишь 0,5 % солнечного света, достигающего Земли. Даже если бы люди существовали исключительно за счет солнечной энергии, они бы использовали еще меньшую часть ее. Таким образом, поступающей на Землю солнечной энергии вполне достаточно для удовлетворения любых мыслимых потребностей человечества. Поскольку вся солнечная энергия в конечном счете превращается в тепло, увеличение ее использования для хозяйственных нужд не должно повлиять на динамику биосферы. Солнечная энергия – абсолютно чистая энергия, имеющаяся в неисчерпаемом объеме и по неизменной цене (бесплатно). На ее поступление не влияют политическое эмбарго и экономические трудности. В то же время, она слишком рассеяна: чтобы она служила человечеству, ее надо сконцентрировать, и это препятствие вполне преодолимо.

Говоря об энергии, следует иметь в виду, что энергия – это способность производить работу или теплообмен между двумя объектами, обладающими разной температурой. Энергия различается по качеству или способности совершать полезную работу. Качество энергии – это мера ее эффективности. Энергия высокого качества характеризуется большой степенью упорядоченности, или концентрации, а значит, высокой способностью производить полезную работу. В качестве примеров носителей таких форм энергии можно привести электричество, каменный уголь, бензин, концентрированную солнечную энергию, а также высокотемпературное тепло и др. Энергии низкого качества свойственны неупорядоченность и малая способность производить полезную работу. Пример носителя такой энергии – низкотемпературное тепло в воздухе вокруг нас, в реке, озере, океане. Например, общее количество тепла в Атлантическом океане значительно превышает количество энергии высокого качества в нефтяных скважинах Саудовской Аравии. Но тепло настолько рассеяно в океане, что мы не в состоянии его использовать.

Говоря об энергии, следует напомнить о двух законах природы, которым энергия подчиняется.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии): энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной форму в другую. Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить её больше, чем затрачено: выход энергии всегда равен её затратам; нельзя из ничего получить нечто, за все нужно платить.

Второй закон термодинамики: при любых превращениях энергии часть её теряется в виде тепла. Это низкотемпературное тепло обычно рассеивается в окружающей среде и неспособно выполнять полезную работу.

При сгорании бензина высококачественной химической энергии в двигателе автомобиля в механическую и электрическую энергию превращается около 1%, остальные 99% в виде бесполезного тепла рассеиваются в окружающей среде и, в конечном счете, теряются в космическом пространстве. В лампе накаливания 5% электрической энергии превращается в полезное световое излучение, а 95% в виде тепла рассеивается в окружающей среде. Согласно первому закону термодинамики, энергия никогда не истощится, поскольку она не может ни возникать, ни исчезать. Но согласно второму закону термодинамики, общее количество концентрированной высококачественной энергии, которую мы можем получить из всех источников, постоянно сокращается, превращаясь в низкокачественную энергию. Мы не только не можем получить нечто из ничего, мы не в состоянии нарушить выравнивание качества энергии.

Большая часть неотражённой земной поверхностью солнечной радиации, в соответствии со вторым законом термодинамики, преобразуется в низкотемпературную тепловую энергию (излучение «дальнего» ИК диапазона) и излучается обратно в космическое пространство; количество энергии, возвращающейся в космос в виде тепла, зависит от наличия в атмосфере молекул воды, диоксида углерода, метана, оксида азота, озона и некоторых форм твердых частиц. Эти вещества, действуя наподобие избирательного фильтра, позволяют некоторым высококачественным формам лучистой энергии Солнца пройти сквозь атмосферу к земной поверхности и в то же время задерживают и поглощают (и повторно излучают назад) часть возникающего потока низкокачественного теплового излучения Земли.

Одной из важнейших характеристик состояния термодинамической системы является энтропия (превращение – <греч.>) - отношение количества теплоты, введённого в систему или отведённого от неё, к термодинамической температуре: dS = dQ/T . Можно утверждать, что энтропия характеризует количество энергии в системе, недоступной для совершения работы, т. е. недоступной для использования. Система обладает низкой энтропией, если в ней происходит непрерывное рассеяние упорядоченной энергии и превращение её в другой, менее упорядоченный вид, например, превращение энергии света или пищи в тепловую энергию. Поэтому часто энтропию определяют как меру неупорядоченности системы. Важнейшей особенностью организмов является их способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояние с низкой энтропией.

Любое нагретое тело, в том числе и живое, будет отдавать тепло до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. В конечном счёте энергия любого тела может быть рассеяна в тепловой форме, после чего наступает состояние термодинамического равновесия, и любые энергетические процессы становятся невозможными, т. е. система приходит в состояние максимальной энтропии или минимальной упорядоченности.

Для того чтобы энтропия организма не возрастала в результате непрерывного рассеяния энергии путём её превращения из форм с высокой степенью упорядоченности (например, химической энергии пищи) в тепловую форму с минимальной степенью упорядоченности, организм должен непрерывно накапливать упорядоченную энергию извне, т. е. как бы извлекать извне "упорядоченность" или отрицательную энтропию.

Живые организмы извлекают отрицательную энтропию из пищи, используя упорядоченность ее химической энергии. Для того чтобы экологические системы и биосфера в целом имели возможность извлекать из окружающей среды отрицательную энтропию, необходима энергетическая дотация, которая в действительности и получается в виде даровой солнечной энергии. Растения в процессе автотрофного питания – фотосинтеза создают органическое вещество с повышенным уровнем упорядоченности его химических связей, что и обусловливает уменьшение энтропии. Травоядные животные поедают растения, которых, в свою очередь, поедают хищники и т. д.