Особенности метаболизма растущего организма - Возрастная биохимия
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 (СО2), вода (Н2О) и аммиак (NH3).
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-Н2); - 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 (СО2/О2) 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).
Регуляция содержания кальция и фосфора в плазме крови осуществляется кальцитонином - гормоном щитовидной железы и паратгормоном - гормоном паращитовидных желез.
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 В1, В2, В6, РР и др. Витамины В1, 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.
Похожие статьи
-
Особенности питания растущего организма - Возрастная биохимия
Обязательным условием нормального роста и развития организма, повышения уровня физической работоспособности, профилактики заболеваний является...
-
Особенности биоэнергетики растущего организма - Возрастная биохимия
Течение энергетических процессов определяется направленностью метаболизма, потребностью тканей в энергии и характером питания. Энергозатраты растущего...
-
Возрастные особенности работоспособности - Возрастная биохимия
В онтогенезе физическая работоспособность, зависящая от аэробных механизмов энергообеспечения, развивается раньше, чем анаэробная. С 6 лет в значительной...
-
Специфика эндокринной регуляции растущего организма - Возрастная биохимия
Уровень здоровья человека обеспечивается деятельностью нервной, гормональной и иммунной систем, которые находятся в тесной взаимосвязи. Онтогенез...
-
Особенности метаболизма пожилых людей - Возрастная биохимия
Характерной чертой стареющего организма является снижение уровня пластического обмена на фоне общего уменьшения интенсивности обмена веществ. Снижение...
-
Биохимические особенности стареющего организма, Основные механизмы старения - Возрастная биохимия
Основные механизмы старения Биология старения - раздел геронтологии, который изучает старение живых организмов на всех уровнях их организации....
-
Общая характеристика растущего организма С биологических позиций, период роста организма можно разделить на три этапа: - детский - с рождения до 11-12...
-
Занятия физической культурой с детьми, подростками и юношами должны быть направлены на гармоничное развитие, совершенствование функций организма и...
-
Особенности биоэнергетических процессов - Возрастная биохимия
Существенные изменения в клеточной биоэнергетике происходят на этапе образования, передачи и использования энергии в клетке. Во многих клетках снижается...
-
Особенности нейроэндокринной регуляции стареющего организма - Возрастная биохимия
Возрастные изменения в гомеостазе пожилых людей многие авторы связывают с нарушениями, которые протекают в нейрогуморальных механизмах регуляции....
-
Обоснование методики занятий физической культурой с пожилыми людьми - Возрастная биохимия
Снижение уровня многих метаболических процессов энергообеспечения организма у пожилых людей сочетается со снижением двигательной активности, что может...
-
Строение и функции опорно-двигательного аппарата человека черепа у взрослого и новорожденного различны. Лицо новорожденного ребенка короткое и широкое. В...
-
Введение - Возрастная биохимия
Постановлением Государственного Совета Российской Федерации, состоявшегося в январе 2002 года, предусмотрены меры, направленные на существенное развитие...
-
Все нормальные процессы жизнедеятельности человека в какой-то данной среде имеют адаптивный характер. Иначе говоря, все физиологические реакции в...
-
На примере отряда блох рассмотрим большую группу переносчиков, для которых кровососание характерно лишь на одной из стадий развития -- имагинальной....
-
Каждый череп имеет индивидуальные особенности. Для черепа в целом характерны определенные форма, величина, отношение величины лицевого черепа к...
-
Действие на организм и токсичность - Метаболизм этилового спирта в организме
Этиловый спирт может поступать в организм несколькими путями: при приеме внутрь, при внутривенном введении, а также через легкие в виде паров с вдыхаемым...
-
Отношения между организмами в биоценозе - Особенности биоценоза
Можно говорить о разных типах отношений между организмами в биоценозе -- мyтуалистических, комменсалистических, хищнических, паразитических и пр. На этих...
-
Сокращаясь, мышцы выполняют работу. Работа зависит от их силы. Мышца тем сильнее, чем больше в ней мышечных волокон, то есть чем она толще. При пересчете...
-
На примитивной Земле протекали различные химические процессы, но особую роль играли те из них, в основе которых лежит фосфор. В конечном счете именно с...
-
Заключение - Возрастные особенности опорно-двигательного аппарата человека
Значение скелета очень велико. Костная система выполняет ряд функций, имеющих или преимущественно механическое, или преимущественно биологическое...
-
Проблемы геронтологии - Возрастные особенности опорно-двигательного аппарата человека
Старость является одним из естественных состояний человека, занимающего около 20% его жизни, причем весьма специфическим состоянием, связанным с...
-
Позвоночник Позвоночный столб -- настоящая основа скелета, опора всего организма. Конструкция позвоночного столба позволяет ему, сохраняя гибкость и...
-
Метаболизм этанола - Метаболизм этилового спирта в организме
А. Содержание этанола в алкогольных напитках и в организме человека Следы этанола (EtOH, этиловый спирт) можно обнаружить во фруктах. В алкогольных...
-
Особенности организма вшей (отр. Siphunculata) По образу жизни и по характеру питания на теплокровном хозяине вши очень сильно напоминают клещей. На всех...
-
Возрастные изменения костей - Возрастные особенности опорно-двигательного аппарата человека
Костная ткань динамична, она обладает способностью постоянно обновляться, и на протяжении всей жизни человека в ней меняется количественное и...
-
Распределение в организме - Метаболизм этилового спирта в организме
Этиловый спирт неравномерно распределяется в тканях и биологических жидкостях организма. Это зависит от количества воды в органе или биологической...
-
Введение - Возрастные особенности опорно-двигательного аппарата человека
Анатомия и физиология -- это важнейшие науки о строении и функциях человеческого организма. Знать, как устроен человек, как "работают" его органы, должен...
-
Газообмен - Анатомические особенности организма летающих птиц
Газообмен при дыхании протекает у птиц весьма энергично. Этому способствует наличие в легких у птиц противоточной системы кровообращения, при которой...
-
Возрастная антропология изучает закономерности становления и развития анатомических структур и физиологических функций на протяжении онтогенеза - от...
-
Обмен белков в организме человека - Строение, функции и значение белков
Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе...
-
Введение, Белки - Анализ пищевых веществ, необходимых для организма человека
Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8 %), Он постоянно расходует эти...
-
Особенности сосудов у детей - Особенности сердца и сосудов в детском возрасте
Внутриутробный кровообращение сердце сосуд Сосуды подводят и распределяют кровь по органам и тканям ребенка. Их просвет у детей раннего возраста широк....
-
Формирование скелетных мышц происходит на очень ранних этапах развития. На восьмой неделе внутриутробного развития различимы уже все мышцы, а к десятой...
-
Заключение - Возрастные особенности отдельных костей черепа и черепа в целом
Подводя итоги можно сказать то, что кости черепа развиваются неравномерно и имеют 3 различные формы стадии развития. Как было указано выше, это -...
-
Семенники начинают свою генеративную функцию еще в препубертатном возрасте, однако в этот период времени сперматогенез блокируется на этой начальной...
-
Фармакологическое действие - Метаболизм этилового спирта в организме
Спирт этиловый(С2Н5ОН). По характеру резорбтивного действия на ЦНС может быть отнесен к веществам наркотического типа действия. В его действии на ЦНС...
-
Возраст от 16 до 18 лет. В этот период происходит активация и синхронизация деятельности репродуктивной системы, переход к овуляторным циклам,...
-
Нарушения здоровья - Метаболизм этилового спирта в организме
Алкоголь обладает токсическим воздействием на мембраны клеток, нарушает деятельность нейромедиаторных систем, расширяет сосуды и увеличивает теплоотдачу,...
-
Хроническоеотравление алкоголем (алкоголизм) развивается при систематическом употреблении спиртных напитков. Оно проявляется различными расстройствами...
Особенности метаболизма растущего организма - Возрастная биохимия