Возрастные особенности обмена веществ презентация. Возрастные физиологические особенности обмена веществ и энергии

Обменом веществ называют сложные комплекс различных взаимозависимых и взаимообусловленных процессов, которые происходят в организме с момента поступления в него этих веществ и до момента их выделения. Обмен веществ является необходимым условием жизни. Он составляет одно из обязательных ее проявлений.

Для нормального функционирования организма необходимо поступление из внешней среды органического пищевого материала, минеральных солей, воды и кислорода. За период, равный средней продолжительности жизни человека, им потребляется 1,3 т жиров, 2,5 т белков, 12,5 т углеводов и 75 т воды.

Основные этапы

Обмен веществ складывается из процессов поступления веществ в организм, их изменений в пищеварительном тракте, всасывания, превращений внутри клеток и выведения продуктов их распада. Процессы, связанные с превращением веществ внутри клеток, называют внутриклеточным или промежуточным обменом.

В результате внутриклеточного обмена веществ синтезируются гормоны, ферменты и самые различные соединения, используемые как структурный материал для построения клеток и межклеточного вещества, что обеспечивает обновление и рост развивающегося организма.

Процессы, в результате которых образуется живая материя, называют анаболизмом или ассимиляцией .

Другая сторона обмена веществ заключается в том, что вещества, образующие живую структуру, подвергаются расщеплению. Этот процесс разрушения живой материи называют катаболизмом или диссимиляцией. Процессы ассимиляции и диссимиляции очень тесно связаны между собой, хотя и противоположны по своим конечным результатам. Так, известно, что продукты расщепления различных веществ способствуют усиленному их синтезу.

Окисление продуктов расщепления служит источником энергии, которую постоянно тратит организм даже в состоянии полного покоя. При этом окислению могут подвергаться те же вещества, которые используются и для синтеза более крупных молекул. Например, в печени из части продуктов расщепления углеводов синтезируется гликоген, а энергию для этого синтеза дает другая их часть, включающаяся в обменные или метаболические процессы. Процессы ассимиляции и диссимиляции происходят при обязательном участии ферментов.

В различные возрастные периоды характер обмена вешеств меня­ется. В период роста и развития он характеризуется наибольшей интенсивностью, что обеспечивает пластические и структурные процессы. Потребность в белке в период роста в расчете на единицу массы тела существенно больше, чем у взрослых.

Величина основного обмена у детей в 1,5-2 раза превыша­ет основной обмен взрослого человека. Относительная величина основного обмена (в килокалориях на 1 кг массы тела) с возрастом уменьшается: у детей 2-3 лет - 55, 6-7 лет - 42, 10-11 лет - 33, 12-13 лет - 34, у взрослых - 24.

Детский и подростковый периоды характеризуются относитель­но высоким расходом энергии. Энерготраты взрослого человека в среднем составляют 45 ккал на 1 кг массы тела, у детей в возрасте 1-5 лет - 80-100 ккал, у подростков 13-16 лет -50-65 ккал.

Повышенные основной обмен и энерготраты у детей и подростков диктуют необходимость особого подхода к организации их пита­ния.

Так, в школьном и подростковом возрасте, когда энерготраты на различные виды деятельности существенно возрастают, необходимо учитывать, что их обеспечение в суточном рационе должно осущест­вляться за счет белков (около 14%), жиров (около 31%) и углеводов (около 55%). Обеспечение пластических процессов организма и энергетических функций наиболее полно осуществляется при сба­лансированном питании.

Питание

Концепция сбалансированного питания основана на определении абсолютного количества каждого из пищевых факторов и их соот­ношения при учете физиологических особенностей конкретного возраста.

Разбалансированность основных компонентов питания неблаго­приятно сказывается на обменных процессах, отрицательно влияя на рост. Особенно это проявляется при нарушении в питании соот­ношения белковых и жировых компонентов.

Рациональное соотношение белков и жиров в питании детей 1:1. Приблизительное содержание быков, жиров и углеводов в пище 1:1:3 для детей младшего возраста и 1:1:4 -старшего возраста. 270 Глава б

В период роста и развития важна пластическая функция мине­ральных элементов, являющихся составной частью клеток и тканей организма, а также биокатализаторами обменных процессов. Особого внимания заслуживает кальций, являющийся структурным элемен­том костной ткани. Установлено, что обмен и усвоение кальция в организме зависят от содержания фосфора и магнии. При избытке этих элементов ограничивается образование усвояемых форм каль­ция, и он выводится из организма. Оптимальное для усвоения орга­низма соотношение кальция и фосфора в пищевых продуктах для грудного возраста 1,2:1, от 1 года до 3 лет - 1:1, старше 4 лет - 1:1,2 или 1:1,5. Оптимальное соотношение кальция и магния 1:0,7.

Питание детей имеет ряд отличий от питания взрослых. В период детства, особенно у детей раннего возраста, потребность в пищевых веществах и энергии относительно выше, чем у взрослых. Это объясняется преобладанием ассимиляции над дессимиляцией, связанным с бурными темпами роста и развития ребенка. Научное обоснование норм потребности детей разных возрастных групп в пищевых веществах и обоснование наборов продуктов, необходимых для покрытия этих потребностей, проведено на основ развития детского организма. Величины физиологических потребностей детей различных возрастных групп в пищевых веществах установлены с учетом функциональных и анатомо-морфологических особенностей, присущих каждой возрастной группе. Рекомендуемые нормы потребности детей в пищевых веществах разработаны таким образом, чтобы по возможности избежать как недостаточности питания детей, так и введения в их организм избыточного количества пищевых веществ.

Отклонение от этих принципов отрицательно сказывается на развитии детей. Ряд патологических состояний связывают с неправильным питанием детей в раннем возрасте. К ним относятся: нарушение формирования зубов, кариес, риск возникновения диабета, гипертензионного синдрома, почечной патологии, аллергических заболеваний, ожирения.

Пища – единственный источник, с которым ребенок получает необходимый пластический материал и энергию. А ведь детский организм отличается от взрослого именно тем, что в нем бурно протекают процессы роста и развития.

Организм детей и подростков имеет ряд других существенных особенностей. Ткани организма детей на 25% состоят из белков, жиров, углеводов, минеральных солей и на 75% из воды. Основной обмен у детей протекает в 1,5-2 раза быстрее, чем у взрослого человека. В организме детей и подростков, в связи с их ростом и развитием, процесс ассимиляции преобладает над диссимиляцией. В связи с усиленной мышечной активностью у них повышены общие энергетические затраты. Средний расход энергии в сутки (ккал) на 1 кг массы тела детей различного возраста и взрослого человека составляет.

Обменом веществ называют сложный комплекс процессов, которые происходят в организме с момента поступления в него этих веществ до момента их выделения. В процессе обмена веществ происходят два противоположных и взаимосвязанных процесса: анаболизм и катаболизм. Анаболизмом называется реакция биологического синтеза сложных молекул из простых компонентов. Для протекания данной реакции необходима энергия. Энергия, необходимая для протекания анаболических процессов, поставляется процессами катаболизма. Катаболизмом называется реакция расщепления сложных органических соединений с высвобождением энергии. Конечные продукты катаболизма - вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота - удаляются из организма.

Соотношение процессов анаболизма и катаболизма определяет три состояния: динамическое равновесие, рост, частичное разрушение структур тела. При динамическом равновесии, когда процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, общее количество ткани не изменяется. Увеличение анаболических процессов приводит к накоплению тканей - происходит рост организма; преобладание катаболизма над анаболизмом приводит к разрушению ткани, то есть ведет к истощению организма. У взрослых обычно процессы анаболизма и катаболизма уравновешены.

Химические превращения пищевых веществ начинаются в желудочно-кишечном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до простых, которые могут всасываться в кровь и лимфу. Простые вещества приносятся в клетки, где происходит внутриклеточный обмен. На них действуют ферменты - особые белки-катализаторы. Ферменты сами не участвуют в реакциях, но благодаря им разрываются внутримолекулярные химические связи и высвобождается энергия. Особое значение здесь играют процессы окисления и восстановления, реакции фосфорилирования (перенос остатка фосфорной кислоты), переаминирования (перенос аминогруппы) и трансметилирования (перенос группы метила - СН 3). Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых химических соединений в клетке, а не используемые вещества удаляются из организма органами выделения. Энергетический метаболизм клеток (образование и превращение энергии) происходит в митохондриях. Образование энергии в митохондриях при участии кислорода называется аэробным. В цитоплазме тоже может образовываться энергия, но без участия кислорода. Такая реакция называется анаэробной. Анаэробные процессы наиболее характерны для мышечной ткани. Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ.

Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее 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.

Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде грамма жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных продуктов питания неодинакова и зависит от того, какие в данном продукте содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла - 3322,2 кДж и т. д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т. е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т. е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра.

Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что все 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 определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии.

Различают общий обмен веществ и основной обмен веществ. Основным обменом называется энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимального уровня обменных процессов, необходимого для жизнедеятельности клеток. Основной обмен определяют в состоянии мышечного покоя - лежа, через 12 - 16 часов после еды при температуре 18 - 20°С. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т. д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с биохимическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4 200 до 7 140 кДж - для женщин. В среднем у человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час или 7140 - 7560 тыс. Дж в сутки. У детей 8 - 9 лет основной обмен в 2 - 2,5 раза больше, чем у взрослого.

Чем меньше ребенок, тем больше расходуется энергии на его рост. Так, в возрасте 3 месяцев расход энергии составляет 36%, в 6 месяцев - 26%, 10 месяцев - 21% общей энергетической ценности пищи.

В дошкольном и младшем школьном возрасте отмечается соответствие интенсивности снижения основного обмена и динамики ростовых процессов: чем больше скорость относительного роста, тем значительнее изменения обмена покоя.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться во второй половине первого года жизни.

Второй после основного обмена составляющей энерготрат организма являются так называемые регулируемые затраты энергии. Они соответствуют потребности энергии, используемой на работу сверх основного обмена. Любой вид мышечной деятельности, даже изменение положения тела (из положения лежа в положение сидя), увеличивает энергозатраты организма. Изменение величины потребления энергии определяется продолжительностью, интенсивностью и характером мышечной работы. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12 600 до 21 000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2 - 3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10 - 40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после принятия пищи.

Многие люди замечают, что вернуться в форму после праздников с возрастом становится все труднее. Бывают и случаи, когда лишние килограммы начинают появляться, будто из воздуха. Почему так происходит?

Доктор Каролин Седеркист (Caroline Cederquist), автор книги The MD Factor Diet, полагает, что изменения метаболизма (хоть они и индивидуальны) у некоторых людей начинают проявляться около 20, 30, 40 или 50 лет. Поэтому каждому человеку будет полезно знать, как работает метаболическая система организма и как оптимизировать ее работу в любом возрасте.

Изменения метаболизма, характерные для организма в 20, 30, 40 и 50 лет

Ниже приведены основные изменения метаболизма, которые происходят в организме примерно каждый десяток лет. Стоит понимать, что временные отметки, взятые за основу, примерные и могут варьироваться в зависимости от состояния здоровья и образа жизни человека.

Изменения метаболизма проявляются у каждого человека индивидуально.

Обмен веществ в возрасте от 20 до 30 лет

В среднем, именно в этом возрасте у многих людей наблюдается самая высокая скорость обмена веществ в состоянии покоя, т.е. когда мы ничего не делаем. Такая особенность зависит и от генетических факторов, однако большую роль в данном аспекте играет уровень активности человека.

Также необходимо помнить, что примерно до 25 лет продолжается процесс интенсивного роста костей, поэтому калории сжигаются довольно интенсивно. Ближе к 30 годам многие замечают, что вольности в приеме высококалорийной пищи приводят к появлению ненужных сантиметров в проблемных зонах. Однако регулярные упражнения и разумное питание помогут вернуться в форму довольно быстро.

Обмен веществ в возрасте от 30 до 40 лет

Если к этому времени Вы не начали заниматься силовыми упражнениями, пора начинать. Скорость обмена веществ в состоянии покоя напрямую зависит от мышечной массы. Чем больше мышечная масса, тем больше энергии потребуется сжигать организму, в том числе в состоянии покоя. Примерно с 30 лет мышечная масса начинает уменьшаться со скоростью 1% в год. Если Вы не задействуете свои мышцы, смиритесь с тем, что в теле будет накапливаться жир. Предотвратить последствия этого неприятного процесса поможет силовая тренировка (2-3 раза в неделю).

Уменьшение мышечной массы и снижение выработки гормона роста способствуют замедлению метаболизма.

Женщинам вообще сложно поддерживать мышечную массу. Уровень тестостерона у мужчин значительно выше, чем у женщин, поэтому процент жира в мужском организме значительно меньший, чем у женщин. А мышечная масса у мужчин, соответственно, больше.

Еще одной возрастной особенностью является снижение выработки гормона роста примерно в 30 лет. В результате этого наблюдается изменение метаболизма в сторону его замедления. Силовые тренировки помогут увеличить количество вырабатываемого гормона роста.

Обмен веществ в возрасте от 40 до 50 лет

Опросы показали, что в среднем до 40 лет женщины умудряются 6 лет просидеть на диетах, однако в течение 5 лет у 95% худеющих дам потерянный вес возвращается. Поэтому важно поддерживать оптимальную скорость обмена веществ. Вашим помощником в этом деле, помимо прочего, станет белок. Он необходим, чтобы Вы не чувствовали голода, а Ваши мышцы росли сильными и крепкими.

Суточная потребность в белке зависит от целого ряда факторов. Наиболее точно рассчитать необходимое количество питательных веществ сможет квалифицированный диетолог. Но в интернете представлен целый ряд онлайн-калькуляторов, которые дают возможность провести расчеты самостоятельно.

Введение

1. Масса и сила мышц в различном возрасте

2. Возрастные особенности обмена веществ

3. Возрастная динамика основного обмена

4. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой и спортом с детьми и подростками.

5. Биохимическое обоснование методики занятий физической культурой с лицами пожилого возраста.

Использованная литература

Введение

Методика занятий физическими упражнениями с лицами разного возраста характеризуется, рядом отличительных черт. В основе этих различий лежат особенности растущего, зрелого и стареющего организма. Особенно осторожным надо быть при занятиях физической культурой с детьми и лицами преклонного возраста. Это связано с наибольшей уязвимостью растущего и стареющего организма к различного рода воздействиям, в том числе и физическим упражнениям.

Различают следующие возрастные периоды:

1. Детский возраст - от рождения до начала периода полового созревания (12-13 лет).

2. Подростковый возраст (период полового созревания) - от 12-13 до 16 лет у девочек и от 13-14 до 17-18 лет у мальчиков.

3. Юношеский возраст - от 16 до 25 лет у женщин и от 17 до 26 лет у мужчин.

4. Взрослый возраст - от 25 до 40 лет у женщин и от 26 до 45 лет у мужчин. Период относительной стабилизации морфологических и обменных процессов.

5. Зрелый возраст - от 40 до 55 лет у женщин и от 45 до 60 лет у мужчин. 6. Пожилой возраст - от 55 до 75 лет у женщин и от 60 до 75 лет у мужчин.

7. Старческий возраст - свыше 75 лет у женщин и у мужчин. Начинает развиваться общая инволюция организма.

Период роста характеризуется неинтенсивным, синтезом белка и нуклеиновых кислот. Происходит увеличение процентного отношения мышечной ткани к весу тела. Интенсивный синтез белков и нуклеиновых кислот требует значительных энергетических затрат. Для ребенка характерна также повышенная двигательная активность и значительные теплопотери (отношение поверхности тела к весу у детей выше, чем у взрослых). Это также, требует значительных затрат энергии. Для растущего организма характерны пониженные анаэробные возможности. Это связано с относительно низким содержанием креатинфосфата и гликогена, ограниченными буферными возможностями организма, меньшей устойчивостью к продуктам анаэробного обмена.

Для стареющего организма характерно общее снижение интенсивности обменных процессов, значительное снижение пластического обмена. Процесс распада белков начинает преобладать над их синтезом, что приводит к снижению содержания общего белка и его фракций в клетках и жидкостях организма. Атрофируются многие нервные, мышечные и др. клетки, снижается содержание и активность белков-ферментов, содержание гемоглобина крови и миоглобина мышц. Снижается содержание мобильных источников энергии, уменьшаются буферные возможности и устойчивость ферментов к изменениям рН внутренней среды.

К старости увеличивается содержание солей в костной ткани, что снижает их эластичность и повышает ломкость. Снижается эластичность и прочность связок, ухудшается кровоснабжение мышц и других органов и тканей. Все это делает опасным для здоровья выполнение интенсивных упражнений скоростного и скоростно-силового характера: спринтерского бега, различных прыжков, упражнений с большим отягощением и т. п. К старости происходит снижение функций желез внутренней секреции, в том числе обеспечивающих «готовность организма к работе» - повышение активности ферментов энергетического обмена, снабжение работающих мышц энергетическими субстратами и т.п.

Задача физических упражнений в пожилом возрасте – замедлить развитие возрастных изменений и сохранить работоспособность.

Лицам пожилого возраста всесторонне воздействовать на организм, умеренная интенсивность работы и достаточное время для отдыха.

МАССА И СИЛА МЫШЦ В РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ

Механизм мышечного сокращения.

Скелетные мышцы обладают такими свойствами, как возбудимость, проводимость и сократимость. Возбуждение и сокращение мышцы вызывается нервными импульсами, поступающими из нервных центров. Нервные импульсы, приходящие в область контакта нерва и мышцы, приводят к выделению медиатора ацетилхолина, вызывающего потенциал действия. Под влиянием потенциала действия происходит высвобождение кальция, запускающего всю систему мышечного сокращения. В присутствии ионов Са под влиянием активного фермента миозина начинается расщепление аденозинтрифосфата (АТФ), являющегося основным источником энергии при мышечном сокращении. При передаче этой энергии на миофибриллы белковые нити начинают перемещаться относительно друг друга, в результате чего изменяется длина миофибрилл - мышцы сокращаются. Мышцы действуют на костные рычаги, приводят их в движение. В каждом движении участвует несколько мышц. Мышцы, действующие в одном направлении, называются синергистами, действующие в разных направлениях – антагонистами.

Масса и сила мышц в различные возрастные периоды

Сила мышц зависит от особенностей прикрепления их к костям. Кости вместе с прикрепляющимися к ним мышцами являются своеобразными рычагами, и мышца может развивать тем большую силу, чем дальше от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести она прикрепляется. У человека мышечная сила составляет 5-10 кг. на 1 см физиологического поперечника мышцы.

В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее мышц верхней и нижней конечности. К году мышцы верхней конечности более развиты, чем мышцы нижней конечности. К 4-5 годам мышцы плеча и предплечья обгоняют в развитии мышцы кисти. Ускорение развития мышц кисти происходит в 6-7 лет, когда ребенок приучается к труду и письму. Развитие мышц - сгибателей начинает опережать развитие мышц -разгибателей. У сгибателей масса больше, чем у разгибателей.

Масса мышц интенсивно нарастает, когда ребенок начинает ходить, и к 2-3 годам составляет примерно 23% массы тела, далее повышается к 8-ми годам до 27%. У подростков 15 лет она составляет 32,6% массы тела. Наиболее быстро масса мышц нарастает в возрасте от 15 до 17-18 лет и составляет 44,2%.

Увеличение мышечной массы достигается как их удлинением, так и увеличением их толщины, в основном за счет диаметра мышечных волокон. К 3-4 годам диаметр мышц возрастает в 2-2,5 раза. С возрастом резко увеличивается количество миофибрилл. К 7 годам по сравнению с новорожденным оно увеличивается в 15-20 раз. В период от 7 до 14 лет рост мышечной ткани происходит как за счет структурных преобразований мышечного волокна, так и в связи со значительным ростом сухожилий.

Увеличение мышечной массы и структурные преобразования (растяжимость, эластичность) мышечных волокон приводят к увеличению с возрастом мышечной силы. В дошкольном возрасте сила мышц незначительна. После 4-5 лет увеличивается сила отдельных мышечных групп. Наиболее интенсивно мышечная сила увеличивается в подростковом возрасте. У мальчиков прирост силы начинается в 13-14-лет, у девочек - с 10-12 лет. В 13-14 лет проявляются половые различия в мышечной силе, показатели относительной силы мышц девочек значительно уступают соответствующим показателям мальчиков.

В 18 лет рост силы замедляется и к 25-26 годам заканчивается.

Сила мышц, осуществляющих разгибание туловища, достигает максимума в 16 лет. Максимум силы разгибателей и сгибателей верхних и нижних конечностей отмечается в 20-30 лет.

У стариков средняя масса скелетных мышц уменьшается до 25-30% от массы тела.

Расчет величины максимальной силы на 1 кг. веса тела позволяет оценить совершенство нервной регуляции, химизма и строения мышц. Отмечено, что в возрасте от 4-5 до 6-7 лет нарастание максимальной силы почти не сопровождается изменениями ее относительного показателя. Причиной указанного роста являются несовершенство нервной регуляции и функциональная незрелость мотонейронов, не позволяющих эффективно мобилизовать увеличенную к этому возрасту мышечную массу. В дальнейшем в возрасте после 6-7 до 9-11 лет для мышц рост относительной силы становится особенно заметным. В это время наблюдаются быстрые темпы совершенствования нервной регуляции произвольной мышечной деятельности, а также изменения биохимической и гистологической структуры мышц. Это положение подтверждается тем, что в возрастной период от 4до 30 лет мышечная масса возрастает в 8 раз, а сила мышц в 9-14 раз.

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

1.Белковый обмен в развивающемся организме.

Процессы роста, количественными показателями которых является увеличение массы тела и уровень положительного азотистого баланса - одна сторона развития. Вторая его сторона - дифференциация клеток и тканей, биохимической основой которого является синтез ферментативных, структурных и функциональных белков.

Белки синтезируются из аминокислот, которые поступают из органов пищеварительной системы. Причем эти аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Если незаменимые аминокислоты (лейцин, метионин и триптофан и др.) не поступают с пищей, то в организме синтез белков нарушается. Особенно важно поступление незаменимых аминокислот для растущего организма, например, отсутствие лизина в пище приводит к задержке роста, истощении мышечной системы, недостаток валина - расстройствам равновесия у ребенка.

При отсутствии заменимых аминокислот в пище они могут синтезироваться из незаменимых (тирозин может синтезироваться из фенилаланина).

И наконец, белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, обеспечивающих нормальные процессы синтеза, относятся к биологически полноценным белкам. Биологическая ценность одного и того же белка для разных людей различна в зависимости от состояния организма, пищевого режима, возраста.

Способность удерживать азот у детей подвержена значительным индивидуальным колебаниям и сохраняется на протяжении всего периода прогрессивного роста.

Как правило, взрослым людям не свойственна способность к задержке азота пищи, их метаболизм находится в состоянии азотистого равновесия. Это свидетельствует о том, что потенциальные возможности к белковому синтезу сохраняются длительное время - так, под влиянием физической нагрузки происходит нарастание массы мышц (положительный азотистый баланс).

В периоды стабильного и регрессивного развития, по достижению максимального веса и прекращения роста, основную роль начинают играть процессы самообновления, происходящие в течении всей жизни и которые к старости затухают гораздо медленнее, чем другие виды синтеза.

Возрастные изменения затрагивают не только белковый, но также жировой и углеводный обмен.

2.Возрастная динамика обмена жиров и углеводов.

Физиологическая роль липидов - жиров, фосфатидов и стеринов в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластический обмен), а также используются как богатые источники энергии (энергетический обмен). Углеводы в организме имеют значение энергетического материала.

С возрастом изменяется жировой и углеводный обмен. В процессах роста и дифференцировки жиры играют существенную роль. Особенно важны жироподобные вещества, прежде всего потому, что они необходимы для морфологического и функционального созревания нервной системы, для образования всех видов клеточных мембран. Вот почему потребность в них в детском возрасте велика. При недостатке углеводов в пище жировые депо у детей быстро истощаются. Интенсивность синтеза в значительной мере зависит от характера питания.

Фазы стабильного и регрессивного развития характеризуются своеобразной переориентацией анаболических процессов: переключение анаболизма с синтеза белков на синтез жиров, что составляет одну из характерных черт возрастных изменений метаболизма при старении.

В основе возрастной переориентации анаболизма в сторону накопления жира в ряде органов лежит понижение способности тканей к окислению жира, вследствие чего при неизменной и даже пониженной скорости синтеза жирных кислот организм обогащается жирами (так, наблюдалось развитие ожирения даже при 1-2 разовом питании). Несомненным является и то, что в переориентации процессов синтеза, помимо факторов питания и нервной регуляции, имеет большое значение изменение гормонального спектра, в частности изменения в скорости образования соматотропного гормона, гормонов щитовидной железы, инсулина, стероидных гормонов.

Перестраивается с возрастом и углеводный обмен. У детей обмен углеводов совершается с большей интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ. В детском возрасте углеводы выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, формируя клеточные мембраны, вещества соединительной ткани. Углеводы участвуют в окислении продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.

Углеводы усваиваются детским организмом лучше, чем взрослым. Одним из существенных показателей возрастных изменений углеводного обмена является резкое увеличение к старости времени устранения гипергликемии, вызванной введением глюкозы при пробах на сахарную нагрузку.

3.Водно-солевой обмен.

Превращение веществ в организме совершается в водной среде, вместе с минеральными веществами вода принимает участие в построении клеток и служит реагентом в клеточных химических реакциях. Концентрация минеральных солей, растворенных в воде, обуславливает величину осмотического давления крови и тканевой жидкости, имея таким образом большое значения для всасывания и выделения. изменения количества воды в организме и сдвиги в солевом составе жидкости тела и тканевых структур влекут за собой нарушение устойчивости коллоидов, следствием чего могут быть необратимые нарушения и гибель отдельных клеток и далее организма в целом. Именно поэтому сохранение постоянного количества воды и минерального состава является необходимым условием нормальной жизнедеятельности.

В фазе прогрессивного роста вода участвует в процессах созидания массы тела. Известно, например, что из суточной прибавки массы тела в 25 г на долю воды приходится 18, белка - 3, жира - 3 и минеральных солей - 1 г. Чем моложе организм, тем больше суточная потребность в воде. В первые полгода жизни потребность ребенка в воде достигает 110-125 г на 1 кг веса, к 2 годам она снижается до 115-136 г, в 6 лет - 90-100 г, 18 лет - 40-50 г. Дети способны быстро терять и также быстро депонировать воду.

Общей закономерностью индивидуальной эволюции является уменьшение воды во всех тканях. С возрастом происходит перераспределение воды в тканях - увеличивается объем воды в межклеточных пространствах и уменьшается объем внутриклеточной воды.

Баланс многих минеральных солей зависит от возраста. В молодости содержание большинства неорганических солей меньше, чем у взрослых. Особое значение имеет обмен кальция и фосфора. Повышенные требования к поступлению этих элементов у детей до года объясняются усиленным образованием костной ткани. Но не меньшее значение эти элементы имеют и в старости. Поэтому пожилым людям необходимо вводить в рацион питания продукты, содержащие эти элементы (молоко, молочные продукты), во избежание расходования этих элементов из костной ткани. А содержание хлорида натрия, наоборот, следует снижать в рационе в связи с ослаблением продукции минералокортикоидов в надпочечниках с возрастом.

4.Возрастная динамика основного обмена

Под основным обменом понимается минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат при строго постоянных условиях: за 14-16 часов до приема пищи, в положении лежа в состоянии мышечного покоя при температуре 8-20 С. У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7-7,6 МДж в сутки. При этом для каждого человека величина основного обмена относительно постоянная.

Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых, так как на единицу массы у них приходится относительно большая поверхность тела, и процессы диссимиляции, а не ассимиляции являются преобладающими. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так что расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36%, в возрасте 6 мес. - 26%, 9 мес. - 21 % общей энергетической ценности пищи.

В глубокой старости (фаза регрессивного развития) наблюдается уменьшение веса тела, а также уменьшение линейных размеров тела человека, основной обмен падает до низких величин. Причем степень снижения основного обмена в этом возрасте коррелирует, по данным разных исследователей с тем, насколько у старых людей выражены признаки дряхлости и утрачена.

В онтогенезе варьирует не только средняя величина энергетического обмена, но и существенно изменяются возможности повышения этого уровня в условиях напряженной, например, мышечной деятельности.

Повышение тонуса скелетных мышц при недостаточной активности центра блуждающего нерва в течение первого года жизни способствует повышению энергетического обмена. Роль возрастной перестройки деятельности скелетной мускулатуры в динамике энергетического обмена особенно отчетливо выделяется при исследовании газообмена людей разного возраста в состоянии покоя и при физической деятельности. Для прогрессивного роста увеличение обмена в покое характеризуется снижением уровня основного обмена и совершенствованием энергетической адаптации к мышечной деятельности. В период стабильной фазы сохраняется высокий обмен функционального покоя и значительно повышается обмен при работе, достигая стабильного, минимального уровня основного обмена. И в регрессивной фазе, разница между обменом функционального покоя и основным обменом непрерывно уменьшается, удлиняется время отдыха.

Многие исследователи считают, что снижение энергетического обмена целостного организма на протяжении онтогенеза обусловлено, в первую очередь, количественными и качественными изменениями метаболизма в самих тканях, о величине которых судят по соотношению между основными механизмами освобождения энергии - анаэробным и аэробным. Это позволяет выяснить потенциальные возможности тканей генерировать и использовать энергию макроэргических связей.

Основной биологической особенностью растущего организма является высокая интенсивность обмена веществ. На биологическом уровне это проявляется в высоких скоростях протекания метаболических реакций.

Как известно, метаболизм - это совокупность химических реакций, протекающих во внутренней среде организма. Метаболизм, в свою очередь, делится на катаболизм и анаболизм. Под катаболизмом понимают химические процессы, при которых макромолекулы подвергаются расщеплению до молекул меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются углекислый газ (СО 2), вода (Н 2 О) и аммиак (NH 3).

Для катаболизма характерны следующие закономерности:

• · в процессе катаболизма преобладают реакции окисления;
• · процесс протекает с потреблением кислорода;
• · процесс сопровождается выделением энергии, бьльшая часть которой аккумулируется в форме АТФ (аденозинтрифосфат). Часть энергии выделяется в виде тепла.

Анаболизм включает в себя различные реакции синтеза и характеризуется следующими особенностями:

• · реакции носят восстановительный характер;
• · процесс протекает с потреблением водорода (в форме НАДФ·Н 2);
• · анаболизм протекает с потреблением энергии, источником которой является АТФ.

У взрослого человека оба эти процесса протекают с примерно одинаковой скоростью, что обеспечивает обновление химического состава организма.

У детей, подростков и юношей катаболизм и анаболизм протекают с более высокими скоростями, чем у взрослых, и при этом анаболизм по своей скорости значительно превышает катаболизм, что приводит к накоплению химических веществ в организме и, в первую очередь, белков. Накопление белков в организме - обязательное условие его роста и развития.

Белковый обмен

Белковый обмен растущего организма имеет определенную направленность и свои особенности. Необходимо учитывать, что белок является основным строительным материалом для клеток и тканей растущего организма. В процессе роста мышечной ткани в ее клетках увеличивается содержание белков (саркоплазмы, ферментов, сократительных и др., которые составляют 80% сухого остатка). Увеличивается процент отношения веса мышечной ткани к весу тела. В 16 лет он составляет около 44,2% от общей массы тела, в то время как в 8 лет он составляет только около 27,2%.

Белки выполняют в организме и другие важные функции (каталитическую, сократительную, регуляторную, энергетическую, защитную и др.).

Белковый обмен растущего организма, как и метаболизм в целом, характеризуется высокой интенсивностью и преобладанием реакций анаболизма над реакциями катаболизма, о чем свидетельствует положительный азотистый баланс.

Азотистый баланс является одним из важнейших показателей белкового обмена.

При положительном балансе количество вводимого азота, поступающего в организм с пищевыми белками, больше общего количества выводимого азота, выделяемого, главным образом, с мочой (в виде мочевины, аммиака, креатинина и других азотсодержащих соединений). Процент использования и задержки азота, поступившего в организм, у грудного ребенка вдвое больше, чем у взрослых.

Показателем интенсивности синтеза белков в растущем организме является также высокое содержание ДНК и РНК в клетках.

Для поддержания положительного азотистого баланса, необходимого для нормального роста и развития, в растущий организм должно поступать с пищей достаточное количество белков.

Средняя суточная потребность в белках в нашей стране для взрослых составляет около 100 г; для детей абсолютная величина ниже, но на кг веса выше: 2-5-летнему ребенку рекомендуют 3,5 - 4 г/кг веса тела, 12-13-летнему - 2,5 г/кг веса тела, 17-18-летнему - 1,5 г/кг.

Значительное влияние на норму белка оказывает биологическая ценность пищевых белков, двигательная активность и характер физических нагрузок.

Нарушение роста и развития ребенка может быть вызвано как недостаточным, так и избыточным поступлением пищевых белков.

Ранним проявлением белкового дефицита является уменьшение в крови количества альбуминов и снижение альбумин-глобулинового коэффициента (А/Г). Снижение мочевины и общего азота в суточной моче растущего организма тоже является сигналом о недостаточности поступления белков с продуктами питания.

Дефицит белков может привести к задержке роста, полового созревания, к снижению массы тела, ослаблению защитных свойств организма.

Интенсивность метаболизма в организме спортсмена увеличивает потребность в белках, особенно во время нагрузок скоростно-силового характера, при выполнении которых усиливается распад белков, главным образом мышечных.

При избыточном поступлении белков в организм пищеварительные ферменты не способны их полностью гидролизовать. Активность протеолитических ферментов, катализирующих переваривание белков до аминокислот (пепсина, трипсина, химотрипсина и др.), у детей до 11-12 лет низкая. С возрастом возрастает секреторная функция желудочного сока, его кислотность повышается, достигая к 13 годам показателей взрослых людей.

В раннем возрасте также слабо развита секреторная функция поджелудочной железы. Из-за повышенной проницаемости кишечной стенки у детей возможно всасывание в кровь наряду с аминокислотами также и частично расщепленных белков - пептидов, обладающих токсическими свойствами.

Нарушение пищеварения белков может привести к нарушению метаболических процессов растущего организма.

Углеводный обмен

Углеводный обмен тоже имеет ряд возрастных особенностей. Углеводы - основной источник энергии. За счет углеводов обеспечивается более половины суточной энергетической ценности пищевого рациона. Углеводы выполняют в организме и ряд специализированных функций (структурные, защитные и другие).

Особая роль углеводов как источников энергии обусловлена тем, что они могут окисляться в организме как аэробно, так и анаэробно, тогда как окисление белков и жиров протекает только аэробно. Потребность в углеводах для детей различного возраста очень индивидуальна, но углеводы должны обеспечивать более 50% суточной калорийности. С ростом ребенка, по мере увеличения его энерготрат, абсолютная потребность в углеводах должна возрастать.

При пониженном поступлении углеводов с пищей в организме ускоряется использование жиров и белков в качестве источников энергии. Усиленный распад белков может привести к снижению их содержания в клетках и появлению признаков "белкового голодания".

Ввиду несовершенства нейроэндокринной регуляции обмена веществ, у детей чаще, чем у взрослых, наблюдается склонность к гипогликемии, особенно при физических нагрузках, связанных с проявлением выносливости.

В отличие от организма взрослого человека, организм ребенка не обладает способностью к быстрой мобилизации углеводных запасов и поддержанию высокой интенсивности углеводного обмена.

Длительное повышенное потребление углеводов может привести к нарушению обменных процессов у детей, так как переваривание и усвоение углеводов имеют свои специфические особенности. В процессе роста происходит изменение углеводного состава пищи. Так, у детей до 1 года главным пищевым углеводом является лактоза, входящая в состав грудного молока. Затем этот углевод уступает ведущую роль в питании сахарозе и полисахаридам (крахмалу, гликогену). Кроме того, у детей невысокой активностью обладает фермент слюны амилаза, катализирующая расщепление в ротовой полости полисахаридов и достигающая своей максимальной активности только к 7 годам жизни. Медленно нарастает и амилолитическая активность панкреатического сока, что также затрудняет переваривание углеводов до моносахаридов (глюкоза и другие).

Важнейшим критерием оценки состояния углеводного обмена у детей является содержание глюкозы в крови натощак. У детей раннего возраста она составляет 2,6 - 4,0 ммоль/л и только к 14-16 годам достигает величины взрослого человека: 3,9 - 6,1 ммоль/л.

Жировой обмен

Жировой обмен растущего организма тоже имеет специфические особенности. Жиры (липиды) играют в биологическом отношении важную роль. Они являются энергетическим материалом, который может откладываться в жировые депо и использоваться далее как топливо. По энергетической ценности жиры превосходят углеводы и белки. При окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, а 1 г углеводов или белков - около 4 ккал. Липиды играют значительную роль в процессах терморегуляции, имеют защитно-механическое значение, выполняют структурные функции и т.д.

Потребность в жирах определяется возрастом, внешней средой, характером физических нагрузок и т.д. Например, потребность в жирах на кг массы тела для ребенка 7 - 10 лет составляет 2,6 г в сутки, а для детей 14 - 17 лет - 1,6-1,8 г в сутки. Абсолютная же потребность в жирах с увеличением возраста увеличивается: для 7 - 10-летнего ребенка она должна составлять около 80 г в сутки, а для 14 - 17-летних - около 90 - 95 г. Потребность в жирах взрослого человека составляет около 100 г.

Важную роль в обменных процессах организма играют жироподобные вещества - липоиды. Среди них особое значение имеют фосфолипиды и стероиды. Фосфолипиды и холестерин (представитель стероидов) являются обязательными компонентами клеточных мембран, принимающих участие в выполнении барьерной, транспортной, рецепторной и других функций. Стероиды (холестерин и его производные) выполняют гормональную функцию (половые гормоны и кортикостероиды) и участвуют в образовании желчных кислот.

С возрастом увеличивается образование желчных кислот, что позволяет повысить потребление жиров и их дальнейшее включение в метаболические процессы.

Интенсивность липидного обмена на различных стадиях онтогенеза неодинакова. Расщепление жиров у детей грудного возраста происходит под действием липазы желудочного сока. В процессе роста ребенка и с изменением характера питания основная роль в переваривании жиров отводится ферменту - липазе панкреатического сока и желчным кислотам.

К нарушениям обменных процессов у детей может привести как резкое ограничение потребления жиров, так и избыточное их поступление с пищей. При физических нагрузках, особенно длительных, аэробной направленности, у детей и подростков жиры используются для энергообеспечения в бьльшей мере по сравнению с утилизацией углеводов, о чем свидетельствует повышение концентрации свободных жирных кислот (СЖК) и глицерина уже в начале работы.

Величина дыхательного коэффициента у детей и подростков после продолжительных нагрузок меньше 1, что свидетельствует о повышенной утилизации жиров. Как известно, дыхательный коэффициент - это соотношение между объемами выводимого из организма углекислого газа и потребленного кислорода (СО 2 /О 2) за время выполнения нагрузки. При нагрузках, обеспечиваемых анаэробным распадом углеводов до лактата, этот коэффициент больше 1. При нагрузках, выполняемых за счет аэробного окисления углеводов, он равен 1. При продолжительных нагрузках, когда главным источником энергии являются жиры, дыхательный коэффициент становиться меньше 1.

Водно-минеральный обмен

Водно-минеральный обмен для растущего организма имеет существенное значение и свои особенности.

Вода является жизненной средой организма и особенно необходима в период роста, когда она составляет основную часть всех органов и тканей. С увеличением возраста ребенка содержание ее постепенно снижается, а количество минеральных веществ увеличивается. Чем моложе организм, тем у него относительно больше внеклеточной воды, которая, в основном, и участвует в водном обмене. Бьльшая часть воды в организме взрослого человека приходится на долю внутриклеточной воды. Потребность в воде у ребенка первого года жизни в расчете на килограмм массы тела в три раза выше, чем у взрослых. В процессе роста эта величина остается достаточно высокой, снижаясь только к 14 годам до 50-70 мл/кг.

Водный обмен у ребенка отличается высокой интенсивностью, бьльшей мобильностью и легко нарушается под влиянием различных причин. Это объясняется бьльшей потерей воды через кожу и легкие, незрелостью почек и несовершенством гормональной регуляции. Абсолютная потребность в воде с возрастом увеличивается.

Обмен воды тесно связан с обменом углеводов, жиров, белков, но особенно минеральных солей. Минеральные вещества играют важную роль во многих физико-химических процессах растущего организма (формировании костной ткани, синтезе ферментов, гормонов). Они создают основу внутренней среды организма, поддерживают осмотическое давление и кислотность среды. К наиболее необходимым для жизнедеятельности химическим элементам относят: натрий, калий, хлор, кальций, магний, фосфор, железо, медь, йод, фтор, марганец, цинк и др.

Растущему организму для формирования скелета, роста и развития костной ткани необходимо достаточное поступление в организм кальция и фосфора.

Кальций также необходим для мышечного сокращения, тонуса нервной системы, активирования некоторых ферментов, свертывания крови и т.д. Суточная потребность в кальции у детей грудного возраста составляет 0,15-0,18 г и постепенно в школьном возрасте должна увеличиваться до 1 грамма. При этом относительная потребность в кальции (в расчете на кг массы тела) особенно велика в первые годы жизни ребенка.

Биологическая роль фосфора многогранна. Как уже указывалось выше, он составляет основу костной ткани, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, играет важную роль в энергетическом обмене, что обусловлено его способностью образовывать макроэргические связи, т.е. связи, богатые энергией (АТФ, АДФ, КФ).

Важную роль в обмене кальция и фосфора играет витамин D. Паратгормон совместно с витамином D стимулирует всасывание кальция и фосфора из кишечника, а кальцитонин с витамином D участвует во включении кальция и фосфора в состав костной ткани.

Занятия физической культурой и спортом значительно повышают потребность в минеральных веществах. Физические нагрузки умеренной интенсивности оказывают положительный эффект на метаболизм кальция и фосфора, а интенсивные, особенно протекающие в анаэробных условиях, могут привести к нарушению осанки, остеосинтеза и развитию остеопороза.

В процессах кроветворения, кроме железа, участвуют медь, кобальт и никель. Недостаток йода ведет к нарушению функции щитовидной железы, задержке роста и развития, недостаток фтора - к кариесу. Недостаток цинка отражается в замедлении роста и недоразвитии половых органов у юношей.

Железо - важнейший микроэлемент, используемый для синтеза гемоглобина, миоглобина, цитохромов - ферментов тканевого дыхания и т.д.

Дефицит железа часто наблюдается у подростков, особенно в период полового созревания, что может привести к развитию алиментарной анемии. Железодефицитная анемия встречается примерно у 20% женщин, а среди спортсменок эта цифра еще больше.

Следовательно, минеральные вещества, как и вода, необходимы для нормального протекания всех обменных процессов, особенно растущего организма. Однако, рост и развитие ребенка определяют некоторую закономерность минерального обмена у детей, состоящую в том, что поступление их в организм и выведение из организма не уравновешены между собой, как это бывает у взрослых людей. Из-за несовершенства процессов терморегуляции растущего организма у детей наблюдаются большие потери минеральных веществ с потом.

В регуляции обменных процессов растущего организма большое биологическое значение отводят витаминам - биологически активным веществам, поступающим в организм преимущественно с пищей.

Роль витаминов многогранна. Многие из них обеспечивают ряд каталитических реакций, так как участвуют в построении коферментов (низкомолекулярных соединений, участвующих вместе с ферментом в катализе). К таким витаминам можно отнести В 1 , В 2 , В 6 , РР и др. Витамины В 1 , С, РР и др. стимулируют окислительные процессы, а витамины А, Е, С являются сильнейшими антиоксидантами. Таким образом, витамины можно рассматривать как важнейшие факторы роста, развития и повышения уровней энергообеспечения и работоспособности ребенка.

В зависимости от возраста детей и подростков суточное потребление витаминов изменяется.