Витамины

Витамины не имеют существенного пластического и энергетического значения и не характеризуются общностью химической природы. Они находятся в пищевых продуктах в незначительном количестве, но оказывают выраженное влияние на физиологическое состояние организма, часто являясь компонентом молекул ферментов. Источниками витаминов для человека являются пищевые продукты растительного и животного происхождения – в них они находятся или в готовом виде, или в форме провитаминов, из которых в организме образуются витамины. Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника. При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает патологическое состояние, получившее название авитаминоз, в менее выраженной форме оно наблюдается при недостатке витамина – гиповитаминоз. Отсутствие или недостаток определённого витамина вызывает свойственное лишь отсутствию данного витамина заболевание. Авитаминозы и гиповитаминозы могут возникать не только в случае отсутствия витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Состояние гиповитаминоза может возникнуть и при обычном поступлении витаминов с пищей, но возросшем их потреблении (во время беременности и интенсивного роста), а также в случае подавления антибиотиками микрофлоры кишечника.

Энергетический обмен

Все пищевые вещества обладают определённым запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, так как в нём постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу её из одного вида в другой. Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма. Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Методы определения энергетического обмена. Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нём, т.е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество теплоты, выделяемое организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла (количества калорий), выделенных организмом, даёт всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит названия прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра. Этот метод определения энергетического баланса трудоёмок.

Все эти определения можно провести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что всё количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ, и какое количество их подверглось распаду за определённый промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Для того, чтобы определить какие вещества подверглись в организме окислению – белки, жиры или углеводы, вычисляют дыхательный коэффициент. Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объёма выделенной углекислоты к объёму поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет дыхательный коэффициент при окислении глюкозы. Суммарная формула распада глюкозы:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 CO₂ + 6 H₂O

При окислении глюкозы число молекул образовавшегося CO₂ равно числу молекул поглощенного O₂. Равное количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро). Следовательно, дыхательный коэффициент (отношение CO₂ / O₂ ) при окислении глюкозы и других углеводов равен единице.

При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы. При окислении жиров дыхательный коэффициент равен 0,7. Проиллюстрируем это на примере окисления трипальмитина:

2 C₃H₅(C₁₅H₃₅COO)₃ + 145 O₂ = 102 CO₂ + 98 H₂O

Отношение между объёмами углекислого газа и кислорода составляет в данном случае 102 CO₂ /145 O₂ = 0,703.

Аналогичный расчёт можно сделать и для белка; при его окислении в организме дыхательный коэффициент равен 0,8. При смешанной пище у человека дыхательный коэффициент обычно равен 0,85-0,89.

Зная величину дыхательного коэффициента, по таблицам можно определить тепловой эквивалент кислорода, которым называют количество освобождаемой энергии на каждый литр потреблённого кислорода. Тепловой эквивалент кислорода неодинаков при разных значениях дыхательного коэффициента. Для определения количества потреблённого кислорода и выделенного углекислого газа пользуются методом Дугласа – Холдейна. Испытуемый берёт в рот мундштук, нос закрывает, и весь выдыхаемый за определённый промежуток времени воздуха собирается в резиновый мешок. Объём выдыхаемого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа; вдыхаемый воздух содержит определённое их количество. Отсюда по разности в процентах вычисляют количество потреблённого кислорода, выделенного углекислого газа и дыхательный коэффициент. Затем находят соответствующий его величине тепловой эквивалент кислорода, который умножают на количество литров потреблённого кислорода. При этом получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого производилось определение газообмена. Затем переводят эту величину в сутки.

Основной и общий обмен веществ. Различают общий обмен веществ и обмен веществ при полном покое. Обмен веществ в покое организма называют основным. Его определяют при следующих условиях:

• в состоянии мышечного покоя (положение лёжа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающих эмоциональное напряжение;

• натощак, т.е. через 12-16 часов после приёма пищи;

• при внешней температуре «комфорта» (21-22 ºС), не вызывающих ощущения холода и жары.

Испытуемого укладывают в постель и спустя 30 минут начинают определение газообмена. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание тепмературы тела и т.д. Но эти затраты не велики. Главные затраты при определении основного обмена связаны с химическими процессами, всегда имеющими место в клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки у мужчин и от 4200 до 7140 кДж – для женщин.

Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях. Так, например, во время сна обмен оказывается значительно меньшим. Интенсивность основного обмена во время сна уменьшается на 8-10% по сравнению с исследованием во время бодрствования. Во время работы, при мышечной нагрузке, наоборот, он значительно увеличивается. Увеличение объёма тем значительней, чем интенсивнее мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки.

• 1. Работники преимущественно умственного труда: инженерный состав, врачи (кроме хирургов), работники науки и искусства, литературы, руководители и т.п. – 2500-2800 ккал/сут;

• 2. Работники легкого физического труда: инженерно-технический состав, работники связи, радиоэлектронной промышленности, медсестры, санитарки и т.п. – 2800-3000 ккал/сут;

• 3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари, железнодорожники, врачи-хирурги, водители автотранспорта, продавцы продуктов, водники – 3000 - 3200 ккал/сут;

• 4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, металлурги и литейщики, механизаторы, плотники, нефтяники и газовики, сельхозрабочие – 3400 - 3700 ккал/сут;

• 5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары, вальщики леса, землекопы, грузчики – 3900 - 4500 ккал/сут.

Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ - всего на 2-3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. После приёма пищи обмен возрастает на 10-40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности ЖКТ, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическом динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после приёма пищи.

Регуляция обмена энергии. Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряжения терморегуляции и ряда других факторов.

Получены многочисленные данные, свидетельствующие об условнорефлеторном изменении потребления кислорода и энергообмена. Любой ранее индифферентный раздражитель, связанный по времени с мышечной деятельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и энергии.

У спортсмена в предстартовом состоянии резко увеличивается потребление кислорода, а, следовательно, и энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с мышечными усилиями. Если испытуемому под гипнозом внушить, что он выполняет тяжёлую работу, то обмен у него может значительно повыситься, хотя в действительности испытуемый не производит никакой работы. Всё это свидетельствует о том, что уровень энергетического обмена в организме может изменяться под влиянием коры большого мозга.

Особую роль в обмене энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализуются вегетативными нервами или гуморальным звеном за счёт увеличения секреции ряда гормонов. Особенно выражено усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы – тироксин и трийодтиронин, и гормоны мозгового вещества надпочечников – адреналин и норадреналин.