Єдність організму людини із зовнішнім середовищем проявляється насамперед у безперервному обміні речовин і енергії. Під обміном речовин (метаболізмом) прийнято розуміти складний, постійно протікає, самосовершающійся і саморегулюючий біохімічний і енергетичний процес, пов'язаний з надходженням в організм з навколишнього середовища різних поживних речовин, які забезпечують сталість хімічного складу і внутрішніх параметрів організму, його життєдіяльність, розвиток і зростання, розмноження , здатність до руху і адаптації до постійно змінюваних умов довкілля.
Обмін речовин - це два взаємопов'язаних протилежні процеси, що протікають одночасно, в результаті яких відбувається засвоєння речовин, що надходять з навколишнього середовища і їх біологічне перетворення в потенційну енергію (асиміляція), а другий процес, пов'язаний з постійним розпадом речовин і виведення з організму продуктів розпаду ( дисиміляція).
Ці процеси узгоджені між собою і утворюють цілісну систему, що забезпечує нормальну функціональну життєдіяльність організму людини.
Процес обміну речовин регулюється нервово-гуморальним (рідинним) шляхом, тобто системою і залозами внутрішньої секреції, посилюючи або гальмуючи гормонообразование і надходження гормонів в кров.
В обмінних процесах беруть участь білки, вуглеводи, жири, вода і мінеральні солі. Важлива роль в цих процесах належить також вітамінів, які є каталізаторами обмінних процесів.
Обмінні процеси протікають дуже інтенсивно. Майже половина тканин тіла оновлюється чи замінюється повністю протягом трьох місяців. За 5 років навчання рогівка ока у студента змінюється 350 разів, тканини шлунка оновлюються 500 раз, еритроцитів виробляється до 300 млрд. Щодня, протягом 5-7 днів половина всього білкового азоту печінки замінюється.
Співвідношення кількості енергії, що надходить з їжею і енергії, що витрачається організмом називається енергетичним балансом.
Травлення є початковим етапом обміну речовин, в процесі якого відбувається фізична і хімічна обробка їжі, в результаті чого вона перетворюється в такі речовини, які можуть всмоктуватися в кров і засвоюватися. Перетравлювання їжі в шлунку триває 6-8 годин, а жирна їжа - до 10 і більше годин.
Робота органів травлення регулюється нервовими і гуморальними механізмами.
М'язова діяльність активізує обмінні процеси, веде до збільшення потреби організму в поживних речовинах і тим самим стимулює роботу травних органів, шлункову і кишкову секреції. Однак, фізична робота, виконувана відразу після прийому їжі, не посилює, а гальмує процеси травлення. При цьому збудження центрів регуляції травлення і перерозподіл крові від м'язів до працюючих органів черевної порожнини знижує ефективність роботи м'язів. Наповнений шлунок піднімає діафрагму, утрудняючи роботу органів дихання і кровообігу. Якщо м'язова робота починається через 2-2,5 години після прийому їжі, то вона може навіть посилювати функцію травлення.
Обмін речовин в живому організмі відбувається постійно. Однак рівень його інтенсивності може бути різним (наприклад, під час сну, при фізичній роботі). Мінімальний рівень обміну речовин називається основним обміном.
Основний обмін має місце в стані повного м'язового спокою, натщесерце при температурі навколишнього середовища 20-22 0. При таких умовах витрата енергії дорослої людини в середньому становить 1 ккал на 1 кг маси тіла за одну годину. Так при вазі рівному 70 кг основний обмін людини в добу складе 1680 ккал, з яких 25% пов'язано із забезпеченням роботи серця, нирок, дихальних м'язів і ін. А 75% - з функціонуванням клітин і тканин організму.
При м'язовій роботі витрата енергії збільшується в міру наростання її інтенсивності, наприклад, при ходьбі енергії витрачається на 10-12% більше, ніж у спокої, а при бігу - на 40-50% і більше.
За енерготратам трудова діяльність людей умовно поділяється на чотири групи:
- розумова праця, добова витрата енергії, який складає 2300-3000 ккал;
- механізована робота з добовою витратою енергії 2500-3200 ккал;
- частково механізована робота з добовою витратою енергії 2600-3400 ккал;
- важка фізична робота з добовою витратою енергії 3500-4300 ккал і більше.
У студентів в дні занять з фізичного виховання енерговитрати збільшуються з 2500-300 ккал до 3500-4000 ккал.
Сучасна людина отримує з їжею в добу 4000 ккал і більше. У багатьох людей, особливо що займаються розумовою працею, залишається невитраченої 20-25% цієї енергії. Надлишкові калорії відкладаються в організмі у вигляді запасів. Виникає так званий «порочне коло»: при зайвій вазі пропадає бажання рухатися, що в свою чергу сприяє ще більшому збільшенню ваги. Підвищення рухової активності веде до стабілізації енергетичного балансу. Для нормальної життєдіяльності організму щодобовий витрата енергії на рухову активність має становити 1200-1300 ккал.
Спортивна діяльність супроводжується значними добовими витратами енергії до 6000-7000 ккал і більше. Наприклад, в день змагань учасник 100-кіломітровой велогонки мав добовий витрата енергії 10000 ккал.
На величину витрати енергії при м'язовій роботі впливає стан тренованості організму. Нетренована людина витрачає на роботу більше енергії, ніж тренований. Якщо робота нескладна (наприклад, обертання педалей велотренажера), то відмінність в енерговитрати тренованого і нетренованого людини складуть близько 10%. Якщо ж робота вимагає точної координації рухів і зусиль (пересування на лижах, плавання), то при одній і тій же швидкості рухів різниця у витраті енергії тренованого і нетренованого людини може досягти 25-30%.
Загальна інтенсивність обмінних процесів протягом життя змінюється. Відразу після народження людини швидкість надходження в організм поживних речовин перевищує швидкість їх розпаду. Це забезпечує зростання організму. До 17-19 років відмінності в швидкості процесів асиміляції і дисиміляції поступово згладжуються, в організмі до цього часу встановлюється динамічна рівновага між цими сторонами обмінних процесів. З цього часу зростання організму, по суті припиняється, але процес асиміляції все ж переважає. У віці від 25 до 60 років в процесі обміну речовин спостерігається рівновагу, при якому інтенсивність процесів приблизно дорівнює.
До старості в обмінних процесах починає переважати дисиміляція, що призводить до зниження біосинтезу багатьох найважливіших для життєдіяльності організму речовин: ферментів, структурних білків, легко доступних для використання джерел енергії. Відбувається зниження функціональних можливостей різних тканин, дистрофія м'язів і зниження їх сили; погіршуються і якість нервової регуляції діяльності органів і систем організму.
Білки - необхідний будівельний матеріал протоплазми клітин. Вони виконують - в організмі спеціальні функції. Білки складаються з білкових елементів - амінокислот, ко-торие утворюються при перетравленні тваринного і рослинного білка і надходять в кров з тонкого кишечника. За змістом амінокислот визначається цінність білків їжі. Ось чому білки, що надходять з їжею, діляться на дві групи: пів-ноценние і неполноцен-ні. Основним джерелом повноцінних білків служать живіт-ні білки. Рослинні білки (за рідкісним винятком) неповно-цінні.
У тканинах і клітинах безперервно триває руйнація і синтез белко-вих структур. В умовно здоровому організмі дорослої людини ко-личество розпався білка дорівнює кількості синтезованого.
Вважається, що норма споживання білка в день для дорослої людини складає 80-100 г. Якщо його надходить більше, то зайвий білок йде на покриття енергетичних витрат організму. При цьому він може трансформуватися в вуглеводи та інші сполуки. При великих фізичних навантаженнях потреба організму в білку може доходити до 150 г / сут.
Вуглеводи - важлива складова частина живого організму. Однак їх в організмі менше, ніж білкою і жирів, вони складають всього лише близько 2% сухої речовини тіла. Вуглеводи в організмі головне джерело енергії. Вони всмоктують-ся в кров в основному у вигляді глюкози.
Вуглеводи діляться на прості і складні. Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Моносахариди добре розчиняються у воді і тому швидко всмоктуються з ки-шечника в кров. Складні вуглеводи побудовані з двох або багатьох молекул моносахаридів. Відповідно вони називаються дисахаридами і полісахариди.
Вуглеводи надходять в організм з рослинною і частково з жи-Вотня їжею. Вони також синтезуються в організмі з продуктів розщеплення амінокислот і жирів. При надмірному надходженні перетворюються в жири і в такому вигляді відкладаються в організмі. Якщо з їжею надходить недостатня кількість цукру, то він синтезується з жирів і білків. Надлишки цукру (після прийому їжі, багатої вуглеводами) перетворюються в печінці і м'язах в глікоген і там відкладаються (депонуються). Цей процес регулюється гормоном підшлункової залози - інсуліном. При порушенні функції підшлункової залози розвивається важке захворювання - діабет. Всі процеси вуглеводного обміну регулюються центральною нервовою системою. Велике значення в регуляції вуглеводного обміну має і кора великих півкуль. Одним із прикладів цього може служити условнорефлекторное збільшення концентрації глюкози в крові у спортсменів в передстартовому стані.
У цукрі міститься 95% вуглеводів, меді - 76, шоколаді - 49, картоплі - 18, молоці - 5, печінки - 4, родзинках - до 65%.
Зменшення вмісту глюкози в крові є одним з факторів, що сприяють розвитку втоми. Тому для успішного виконання тривалої і напруженої роботи необхідно поповнювати вуглеводні запаси організму. Це досягається збільшенням вмісту вуглеводів в харчовому раціоні і додатковим введенням їх перед початком роботи або безпосередньо при її виконанні. Насичення організму вуглеводами сприяє збереженню постійної концентрації глюкози в крові і тим самим підвищує працездатність людини.
Жири (ліпіди) - важливе джерело енергії в організмі, необхідна складова частина клітин. Надлишки жирів можуть депонуватися в організмі. Відкладаються вони головним чином в підшкірній жировій клітковині, сальнику, печінці та інших внутрішніх органах. Загальна кількість жиру в людини може становити 10-12% маси тіла, а при ожирінні - 40-50%.
У шлунково-кишковому тракті жир розпадається на гліцерин та жирні кислоти, які всмоктуються в тонких кишках. Потім він знову синтезується в клітинах слизової кишечника. Утворився жир якісно відрізняється від харчового і є специфічним для людського організму. В організмі жири можуть синтезуватися також з білків і вуглеводів.
Жири, що надходять в тканини з кишечника і з жирових депо, шляхом складних перетворень окислюються, будучи, таким чином, джерелом енергії.
Жир використовується як пластичний і енергетичний матеріал, покриває різні органи, оберігаючи їх від механічного впливу. Скупчення жиру в черевній порожнині забезпечує фіксацію внутрішніх органів.
Обмін ліпідів тісно пов'язаний з обміном білків і вуглеводів. При голодуванні жирові запаси служать джерелом вуглеводів.
У 100 г топленого або рослинного масла міститься 95 г жиру, сметани - 24, молока - 4, свинини жирної - 37, баранини - 29, печінки, нирок - 5, гороху - 3, овочів - 0,1-0,3 м
Обмін ліпідів в організмі регулюється центральною нервовою системою. При пошкодженні деяких ядер гіпоталамуса жирового обміну порушується і відбувається ожиріння організму або його виснаження.
На білковий обмін істотно впливає гормон щі-товидної залози - тироксин; на вуглеводний обмін впливає гормон надниркових залоз - адреналін і гормон підшлункової залози - ін-Сулін; на жировий обмін впливають гормони підшлункової, щитовидної залоз і ін.
Обмін води і мінеральних речовин. Без води людина може прожити не більше 7-10 днів, тоді як без їжі - 30-40 днів. Видаляється вода разом з сечею через нирки (1700 мл), з потом через шкіру (500 мл) і з повітрям, що видихається через легені (300 мл).
Ставлення загальної кількості споживаної рідини до загальної кількості виділеної рідини називається водним балансом.
Людський організм на 60% складається з води. Жирова тканина містить 20% води (від її маси), кістки - 25, печінка - 70, скелетні м'язи - 75, кров - 80, мозок - 85%. Для нормальної життєдіяльності організму, який живе в умовах мінливого середовища, дуже важливо сталість внутрішнього середовища організму. Її створюють плазма крові, тканинна рідина, лімфа, основна частина яких це вода, білки і мінеральні солі. Вода і мінеральні солі НЕ служать поживою чи джерелами енергії. Але без води не можуть протікати обмінні процеси. Вода - хороший розчинник. Тільки в рідкому середовищі протікають окислювально-відновні процеси та інші реакції обміну.
Нормальний ріст і розвиток організму залежать від надходження достатньої кількості Na. Іони С1 йдуть на утворення соляної кислоти в шлунку, що грає велику роль в травленні. Йод є важливою складовою частиною гормону щитовидної залози - тироксину, який бере участь в регу-ляції обміну речовин, а калій має визначальне значення в меха-нізм виникнення і поширення збудження, пов'язаний з про-процесом кісткових утворень.
Навіть при достатньому вмісті в їжі білків, жирів і вуглеводів, при оптимальному споживанні води і мінеральних солей в організмі можуть розвиватися важкі розлади і захворювання, так як для нормального протікання фізіологічних процесів необхідні ще і вітаміни (лат. Vita - життя). Значення вітамінів полягає в тому, що, коли вони присутні в організмі в незначних кількостях, вони регулюють реакції обміну речовин. Роль вітамінів подібна до роллю ферментів і гормонів. Цілий ряд вітамінів входить до складу різних ферментів. При нестачі, в організмі вітамінів розвивається стан, зване гіповітамінозом. Захворювання, що виникає при відсутності того чи іншого вітаміну, називається авітамінозом.
Для збереження енергетичного балансу, підтримки нормальної маси тіла, забезпечення високої розумової і фізичної працездатності і профілактики захворювань необхідно при достатньому і повноцінному харчуванні збільшувати витрата енергії за рахунок підвищення рухової активності, наприклад, за допомогою регулярних занять фізичними вправами.