Витамины

Витамины– разнородные по химической природе вещества, не синтезируемые или синтезируемые в недостаточных количествах в организме, но необходимые в минимальных количествах для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма. Витамины не имеют существенного пластического и энергетического значения, но оказывают выраженное влияние на физиологическое состояние организма, являясь компонентом гормонов и ферментов.

Витамины подразделяются на растворимые в жирах и растворимые в воде. Основными источниками жирорастворимых витаминов являются продукты животного происхождения, водорастворимых– продукты растительного происхождения. Потребность в витаминах определяется в микро- или миллиграммах.

Витамины в продуктах питания могут содержаться в активной или неактивной форме (провитамины). Активация провитаминов происходит после их поступления в организм.

Витамины в организме не депонируются, поэтому должные поступать регулярно, ежесуточно.

Недостаточное поступление витаминов в организм приводит к гиповитаминозу; полное отсутствие витамина в суточном рационе– к авитаминозу. Данные состояния организма характеризуются как неспецифическими изменениями (снижение умственной и физической работоспособности), так и специфическими изменениями, характерным для гипо- и авитаминоза конкретного витамина.

Избыточное поступление в организм витаминов может приводить к гипервитаминозу. Избыточное поступление большинства водорастворимых витаминов не приводит к гипервитаминозу, так как они могут быстро выводиться из организма.

Данные о физиологической роли, суточной потребности и источниках витаминов приведены в таблице 1.2.

Энергетический обмен

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую.

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом.

В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики – взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарнымнеравновесным системам. Это означает, что:

• во-первых, они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией;

• во-вторых, способны в течение определенного времени удерживать свои основные параметры, но вместе с тем под влиянием внешней среды переходить из одного стационарного состояния в другое в пределах колебаний жизненно важных констант, допустимых для сохранения жизни;

• в-третьих, благодаря наличию в организме множества градиентов (диффузионные, температурные) и потенциалов (химические, электрические) и возникающих вследствие их действия потоков (диффузионные, тепловые, метаболические, энергетические) создаются условия для неравновесного распределения вещества и энергии между живыми системами и окружающей средой.

Потребность организма в энергии удовлетворяется за счёт химической энергии питательных веществ. Часть химической энергии пищи в организме превращается в макроэргические связи АТФ, часть превращается в тепло. Теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, называется первичной. При биологическом окислении глюкозы 22,7% энергии химических связей используется на синтез АТФ и 77,3% превращается в теплоту (КПД = 22,7%). Аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме работы: механической, химической, электрической. При совершении любого вида работы, значительная часть вырабатываемой энергии теряется в виде теплоты, называемой вторичной. Отношение механической работы ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия (КПД):

Внешняя работа

КПД = ------------------------------------ 100%

Вырабатываемая энергия

При физическом труде человека КПД колеблется от 16 до 25% и в среднем составляет 20%. При мышечном сокращении, например, 80% энергии теряется в виде теплоты и только 20% превращается в механическую работу. КПД изменяется в зависимости от ряда условий.

Таким образом, по количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, необходимых для процессов жизнедеятельности.

Единицы измерения энергетического обмена.

Энергетические затраты учитывают по количеству тепла, выделяемого организмом в единицу времени. Единицей измерения энергии в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж) или килоджоуль (кДж).

В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом, используют внесистемные единицы — каллорию (кал) или килокаллорию (ккал); 1 кал = 4,19 кДж.

Калория — количество энергии (тепла), необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С.

Энергетическая ценность питательных веществ. Сложные органические молекулы, окисляясь в присутствии кислорода (аэробное окисление) до двуокиси углерода и воды, выделяют заключенную в их химических связях энергию.

Согласно закону Гесса, количество энергии, выделяемое при распаде какого-либо вещества до конечных продуктов, не зависит от числа промежуточных этапов его трансформации. Следовательно, не имеет значения, окисляется ли веществополностью в организме или сгорает в специальной камере в присутствии чистого кислорода (калориметрическая бомба Бертло), — 1 моль вещества дает одинаковое количество энергии.

Энергетический эквивалент пищи.

Количество энергии поступающей с пищей можно измерить в калорической бомбе Бертло, которая представляет герметически замкнутый сосуд, погруженный в водяную баню.

При сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДжэнергии, углеводов в среднем 17,6 кДж, а жиров– 38,94 кДж. Количество выделенной энергии составляет физический энергетический эквивалент указанных веществ.

При аэробном окислении в организме 1 г углеводов и 1 г жиров выделяется такое же количество энергии, что и при их сгорании в калориметрической бомбе. Теплообразующая же способность белка в организме, или его физиологическая энергетическая ценность, несколько ниже, чем при сжигании в присутствии чистого кислорода, и составляет 17,6 кДж. Это связано с тем, что белки (в отличие от углеводов и жиров) окисляются в организме не полностью. Часть аминогрупп отщепляется от молекул белка и выводится с мочой в виде азотсодержащих соединений (мочевина, мочевая кислота, креатинин), которые содержат значительное количество энергии.

Установлено, что при окислительном распаде 1 моля глюкозы высвобождается 2883 кДж свободной энергии. При анаэробном распаде выделяется лишь 208 кДж свободной энергии. Для получения одного и того же количества энергии в анаэробных условиях в клетке должно расщепляться в 15 раз больше глюкозы, чем в аэробных.

Обмен жиров и углеродов служит главным образом для энергетического обеспечения физиологических функций – функциональный метаболизм.

Белковый обмен направлен на поддержание и реконструкцию структур организма – структурный метаболизм.

В организме некоторые вещества могут заменять друг друга, в соответствии с их калорическим коэффициентом (правило изодинамии). Например:1гжира дает организму 38,9 кДж – его можно заменить2,3 гуглеводов или белков, а1 гбелка или1гуглеводов дают организму 17,6 кДж, эквивалентные0,44 гжира.

Правило изодинамии учитывает только энергетическое значение питательных веществ, но не компенсирует их пластическую роль.

Энергия, затрачиваемая человеком в покое, быстро переходит в теплоту, поэтому общая теплопродукция эквивалентна затрачиваемой энергии. Измерив теплопродукцию, можно определить интенсивность обмена.