Geum.ru

Обмен веществ и энергии у подростков

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

План-оглавление.

1.Введение.

2.Обмен веществ и энергии у подростков.

2.1 Возрастные особенности обмена веществ.

2.2 Основной и общий обмен веществ и энергии.

2.3 Нормы и режим питания подростков.

3. Определение расхода энергии у подростков и правила подбора оптимального пищевого рациона.

4. Результаты функциональной пробы с задержкой дыхания.

5. Заключение.

6. Список литературы.


1.Введение.

В нашем организме непрерывно происходит обмен веществ. Согласно медицинской энциклопедии, обмен веществ- совокупность процессов химических превращений веществ и энергии в живых организмах и обмен веществами и энергией между организмами и окружающей средой. Сущностью его является диалектическое единство процессов непрерывного поступления в организм извне различных органических и неорганических соединений, их усвоения, изменения и выведения в окружающую среду образовавшихся продуктов распада.

В разных органах обмен веществ идет с разной интенсивностью. Так, к концу месяца в печени не остается ни одного атома из тех, которые ее составляли в начале, все они заменяются на новые. Эти процессы идут в каждой клетке, в клетку поступают питательные вещества, кислород, вода, минеральные соли, витамины. Часть этих веществ идет на рост и развитие, а часть используется для получения энергии, для работы мышц, поддержания температуры тела, создания новых веществ, проведения нервных сигналов.

Белки, жиры и углеводы, которые мы получаем с растительной и животной пищей, не могут быть усвоены в том виде, в каком они к нам поступили. Если в кровь человека попадут чужеродные белковые или другие крупные молекулы, они или погубят организм, или будут уничтожены его иммунной системой. Вот почему в органах пищеварения пищевые белки, жиры и сложные углеводы распадаются на составные части, из которых могут быть созданы другие белки, жиры и углеводы, свойственные данному организму и никакому другому.

Жизнедеятельность клеток осуществляется за счет энергии распада и окисления органических веществ. Для этого клеткам необходим кислород. Кровь доставляет его из органов дыхания, она же уносит продукты распада.

Переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам- это подготовительная, а удаление продуктов распада- заключительная стадия обмена. Основные же его стадии происходят в клетках.

Обмен веществ складывается из двух, взаимно противоположных процессов : пластического обмена и энергетического.

Греческое слово « пластине» означает лепку из глины и других материалов. Этот образ был выбран биологами, потому что он довольно точно отражает существо дела .

Поступающие в клетки питательные вещества можно сравнить с кирпичиками, из которых « лепятся» молекулы белков, жиров и углеводов, свойственные определенным клеткам человеческого тела. Они идут на строительство утраченных частей клеток, на создание новых клеток и межклеточного вещества. За счет пластического обмена происходят рост, деление и развитие каждой клетки и всего организма в целом.

Энергетический обмен- это ферментативное расщепление крупных молекул, сопровождающееся освобождением энергии, заключенной в химических связях крупных молекул органических веществ. Органические вещества создают растения, используя энергию солнечного света. Из воды и углекислого газа они получают глюкозу и выделяют кислород. Попав в клетки человеческого тела, глюкоза распадается на воду и углекислый газ, а освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки: создания новых веществ, сокращения мышц, проведения нервного возбуждения. Чем больше человек тратит энергии, тем больше распадается органических веществ в его организме. Вот почему мы дышим более интенсивно, когда работаем, вот почему наш организм нуждается в большем количестве пищи, чтобы компенсировать свои энергетические траты и потерю органических веществ, подвергшихся биологическому окислению.

Пища должна восполнять затраты энергии. Это непременное условие сохранения здоровья и работоспособности человека. Для людей различных профессий определены нормы питания. При их составлении учитывают суточный расход энергии и энергетическую ценность питательных веществ.


Таблица 1. Суточная потребность в энергии лиц разных категорий

труда (в килокалориях).

2 800
Люди умственного труда.

3 000
Люди, занятые на механизированных

производствах.

3 200
Рабочие физического труда.

3 700
Лица, выполняющие тяжелую

физическую работу.


Различают основной и общий обмен. Под основным обменом понимают интенсивность обмена у спокойно лежащего, но не спящего человека утром до завтрака. Общий обмен, кроме основного обмена, включает энерготраты на все другие виды деятельности, например на мышечную работу.

На что же идет энергия, потребляемая при основном обмене? 26% расходует печень и столько же приходится на работу расслабленных мышц, 18%- на долю мозга, 9 и 7 %- соответственно на сердце и почки, 14%- на долю всех остальных органов.

Основной обмен у подростков больше, чем у взрослых. Так, если в день взрослый человек расходует 100,56 кДж на 1 кг массы тела, то подросток- 142,6 кДж. В среднем общий обмен подростка составляет 209,5-272,35 кДж на 1 кг массы тела в сутки.

Как уже было сказано выше, в процессе умственного или физического труда организм человека расходует энергию.

Мне показалось интересным подсчитать, сколько в среднем энергии тратит ученик в возрасте от 12 до 16 лет на различных уроках. Таким образом, целью данной работы является подсчет энергии, которую подросток расходует во время школьных занятий.

Исходя из данной цели, можно поставить следующие задачи:

1) подсчитать расход энергии у подростков на уроках физкультуры, во время контрольных работ и на уроках, не связанных с большой физической нагрузкой;

2) доказать, что при работе усиливается распад органических веществ и возрастает выделение углекислого газа мышцами;

3) сравнить результаты функциональной пробы с задержкой дыхания до и после дозированной нагрузки у различных по степени тренированности категорий испытуемых.


2. Обмен веществ и энергии у подростков.

2.1 Возрастные особенности обмена веществ.


В книге « Физиологические особенности детей» С. И. Гальперин пишет, что обмен веществ у детей выше, чем у взрослых. В процессе роста отмечаются периодические колебания, ускорения и замедления роста, в связи с которыми обмен веществ повышается и понижается, а также качественно изменяется. Так как для своего исследования я выбрала подростковую категорию, то все данные, мною приводимые, будут касаться именно детей от 12 до 16 лет.

Дети для обеспечения роста нуждаются в белковом оптимуме, а не минимуме. Потребность подростков в белках на 1 кг веса в сутки в среднем 75-80 г.

Жиры используются организмом ребенка как источник энергии и как пластический материал. Они имеют важнейшее защитное значение, так как необходимы для образования антител, обеспечивая врожденный и приобретенный иммунитет и входят в состав витаминов. Кроме того, жиры защищают пищеварительный канал ребенка от повреждения его грубой пищей.

Жир и жироподобные вещества – липиды (фосфолипиды и стероиды) должны быть обязательной составной частью пищи ребенка. Школьники должны получать 2,25 г жиров на 1 кг веса, что равно 25-30% калорий в сутки.

Углеводы прекрасно усваиваются организмом детей ( на 98-99%). Натощак у детей от 12 до 14 лет содержится в крови 0,09-0,12% сахара, то есть количество, равное его содержанию у взрослых. Прием углеводов с пищей может вызвать у детей увеличение сахара в крови в 2 раза. Но, в отличие от взрослых, организм ребенка выносливее к углеводам.

Гликолиз ( бескислородное расщепление сахара) является характерным для растущих тканей. Он происходит у детей значительно интенсивнее, чем у взрослых.

У школьников 50-60% всех калорий, освобождается при расщеплении углеводов, а количество потребляемых углеводов колеблется от 8-9 до 12-15 г на 1 кг веса в сутки.

Кроме белков, жиров и углеводов, детям необходимы также и микроэлементы, физиологическое значение которых очень велико. Они необходимы для синтеза гормонов, ферментов, осуществления важнейших функций организма- обмена веществ, кроветворения, дыхания и др. С пищей в организм вводится около 15 химических элементов, часть которых поступает в ничтожно малых количествах. В сутки подростку требуется до 10 г поваренной соли, 1 г калия, 0,3 г магния, 1,5 г фосфора, 0,8 г кальция, 0,012 г железа, 0.001 мг меди, 0,0003 г марганца и 0,00003 г йода. Общее количество минеральных веществ составляет около 4,5% веса тела.

Обязательно с пищей в организм подростков должны поступать витамины. Суточная потребность в некоторых витаминах представлена в таблице 2.


Таблица №2 Суточная потребность подростков

в витаминах, мг %.


Возраст, годы
А
В1
В2
В:
С
Д
РР

11-13
1,5
1,7
2,3
32,0
60,0
0,15
19,0

14-16
1,7
1,9
2,5
2,2
80,0
0,15
21,0



2.2 Основной и общий обмен веществ и энергии.

Основным обменом называется наименьший уровень обмена веществ, необходимый для поддержания жизни, при полном отсутствии мышечной и умственной работы, не менее чем через 12-14 часов после приема пищи, при нормальной температуре тела и температуре среды около 20-22 градусов Цельсия. Обмен веществ определяется в килокалориях или килоджоулях. При потреблении 1 кубического дециметра кислорода освобождается около 5 ккал или 21 кДж.

Маркосян А. А. в книге « Вопросы возрастной физиологии» отмечает, что потребление кислорода при основном обмене с возрастом увеличивается . У мальчиков от 8 до 13 лет потребление кислорода увеличивается незначительно, а в 14-15 лет и 16-18 лет оно резко возрастает. У девочек значительное увеличение потребления кислорода происходит до 14-15 лет, а затем оно уменьшается. Увеличение потребления кислорода на 1 кг веса у детей обоего пола снижается, так как с возрастом вес тела нарастает быстрее, чем увеличение потребления кислорода, особенно в старшем возрасте.

С 12-13 лет до полового созревания основной обмен выше у девочек, а затем, после полового созревания, снова выше у мальчиков. В периоде полового созревания основной обмен увеличивается и у мальчиков ( с 14-16 лет) и у девочек (с 12-14 лет) на 10-20 %.

Обмен веществ в обычных условиях существования и деятельности организма называется общим обменом. Общий или рабочий, обмен в течение дня намного выше основного обмена. Большая часть повышения расхода энергии является результатом мышечной работы, меньшая- пищеварения.

Во время мышечной работы в среднем 20% химической энергии переходит в кинетическую энергию, а 80% - в тепловую. Отношение энергии . затраченной на мышечную работу, ко всей энергии, произведенной во время работы, называется коэффициентом полезного действия. Этот коэффициент колеблется от 16 до 25% . При тренировке коэффициент полезного действия увеличивается до 25-30% и даже до 35%.(Маркосян А. А. « Вопросы возрастной физиологии»).

Расход энергии при спокойном лежании без сна равен на 1 кг веса 1,1 ккал в час, при спокойном сидении- 1,4, при чтении вслух -1,5, стоянии без напряжения- 1,5, пении-1,75. Во время различных физических упражнений расход энергии у человека значительно увеличивается. Эти изменения расхода энергии имеют значение для пищевого режима подростков.


2.3 Нормы и режим питания подростков.

В книге « Возрастная физиология и школьная гигиена» А. Г. Хрипкова пишет :

« Рациональное питание имеет исключительное значение для нормального физического и умственного развития детей. Оно должно отвечать потребностям организма в различном возрасте и не только покрывать затраты на поддержание жизнедеятельности, Нои обеспечивать избыток полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей, воды и витаминов, достаточный для роста и развития.»

Б. Т. Величковский с соавторами в работе « Здоровье и окружающая среда» отмечает, что современный рацион отличается большим потреблением продуктов, относительно дешевых, но содержащих много углеводов. В первую очередь это мучные изделия- макароны, хлеб и тому подобное.

Проведенная мною анкета среди учащихся 8-11 классов подтвердила этот факт. Большинство анкетируемых, чаще всего называли блюда с высоким содержанием углеводов, к тому же содержащих скрытые калории ( многие производители продуктов питания для улучшения вкусовых качеств повышают в них содержание рафинированного сахара).

Безвредно ли это? Оказалось, что такой рацион понижает сопротивляемость организма, приводит к разным болезням. Переедание и неправильное употребление некоторых пищевых продуктов ведут к постоянному росту заболеваний, вызванных нарушением обмена веществ, к болезням сердца и сосудов.

С. И. Гальперин в книге «Физиологические особенности детей» пишет, что в пищевом рационе детей разных возрастов должно соблюдаться определенное соотношение белков, жиров и углеводов. Так, подростки должны получать 30% животного белка и 70%- растительного.

А в среднем, из общего количества калорий в сутки: за счет белка- 13-15%, жира-30-32%, углеводов 53-55%. Соотношение белков, жиров и углеводов- 1:1,1:6 (Гальперин).

Таблица №3. Физиологические нормы потребности

в белках, жирах, углеводах для подростков

( в сутки в г).
Группы детей




от 11 до 15 лет
от 15 до 18 лет

Белки
98
119

В том числе животные
56
72

Жиры
86
99

В том числе животные
75
84

Углеводы
242
471

Килокалории в единицах
2940
3340


Пища детей должна содержать достаточное количество клетчатки и давать отбросные продукты, чтобы обеспечить двигательную работу пищеварительного канала.

Большое значение для нормального роста и развития организма имеет правильный режим питания. У школьников при питании 4 раза в день из примерного суточного рациона должно приходиться на утренний завтрак- 25-30%, на обед- 45-50%, на полдник 10-15% и на ужин- 15-20%. Калорийность 4-х разового питания должна быть не менее 2 500-3 000 ккал, или 10 450-12 540 кДж энергии.


3. Определение расхода энергии у подростков и правила подбора оптимального пищевого рациона.

В процессе умственного или физического труда организм человека расходует энергию. Затраченная энергия восполняется питанием. Распад и окисление питательных веществ- источник энергии в организме человека ( Драгомилов А. Г., Маш Р.Д.).

Естественно, энерготраты возрастают при нагрузках. Вместе с повышением энерготрат усиливаются и процессы окисления, выделения продуктов распада, они в свою очередь связаны с интенсивностью кровообращения и в частности с повышением частоты сердечных сокращений.

Мне показалось интересным определить, сколько энергии в среднем тратит подросток на различных уроках.

Для определения расхода энергии я использовала формулу, позволяющую рассчитать энерготраты (Q) совершаемые человеком за 1 мин. по частоте сердечных сокращений (ЧСС): Q= 2,09(0,2 * ЧСС- 11,3) кДж/мин.

В эксперименте по определению расхода энергии участвовало 35 человек (ученики 8-11 классов).

После 40 мин. традиционного урока, у большинства испытуемых частота сердечных сокращений составляла 68-70 ударов в 1 мин. Используя формулу, я подсчитала,что расход энергии за 1 мин. составил 5,6 кДж, а за 40 мин.- 225 кДж.

После 40 мин. интенсивных занятий физкультурой частота сердечных сокращений, в среднем, достигла 110 ударов в 1 мин. Расход энергии за 1 мин. составил 22 кДж, а за 40 мин. урока- 894 кДж энергии.

Данный результат показал, что после урока физкультуры, расход энергии приблизительно втрое превышает расход энергии после обычного урока .

Измерение ЧСС на контрольных работах показали, что у большинства подростков частота сердечных сокращений увеличивается и достигает 90 ударов в 1 мин. Расход энергии за 1 мин. при таком показателе составляет 14 кДж, а за 40 мин.-560 кДж. Очевидно, что на контрольных работах потеря энергии у подростков в два раза больше, чем на обычных уроках.

Полученные результаты по определению энерготрат обобщены в следующей таблице.


Таблица № 4. Сравнительный анализ расхода энергии подростками.



Уроки
Расход энергии за 1 мин.
Расход энергии за 40 мин.

Традиционный
5,6 кДж
225 кДж

Урок контроля знаний
14 кДж
560 кДж

Урок физкультуры
22 кДж
894 кДЖ


По подсчетам ученых, чтобы полностью покрыть энерготраты сорокаминутных занятий физкультурой, достаточно съесть 20 г масла или 46,5 г сахара. Немецкий ученый Макс Рубнер установил важную закономерность. Белки, углеводы и жиры в энергетическом отношении взаимозаменяемы. 1 г углеводов или 1 г белков при окислении дают 17,17 кДж, а 1 г жира- 38,97 кДж. Чтобы правильно составить рацион, надо знать, сколько килоджоулей было потрачено и сколько пищи необходимо съесть, чтобы компенсировать израсходованную энергию.

Исследования показали, что при подборе оптимального пищевого рациона важно учитывать не только калорийность, но и химические компоненты пищи. Растительный белок, например, не содержит некоторых аминокислот, которые необходимы человеку, или содержит их в недостаточном количестве. Поэтому, чтобы получить все необходимое, надо употреблять значительно больше пищи, чем это требуется. В животной пище белки по аминокислотному составу соответствуют потребностям человеческого организма, но животные жиры бедны непредельными жирными кислотами. Они имеются в растительном масле. Значит, необходимо следить за правильным соотношением белков, жиров и углеводов в рационе и учитывать их особенности в пищевых продуктах различного происхождения.

Питательные вещества, необходимые человеку ( в том числе и подросткам ), хорошо изучены, и можно было бы составить искусственные рационы, содержащие только вещества, необходимые для организма. Но это, скорее всего, имело бы печальные последствия, поскольку работа желудочно-кишечного тракта не возможна без балластных веществ . Такие искусственные смеси плохо бы продвигались по пищеварительному тракту и плохо всасывались. Вот почему рекомендуется употреблять разнообразные продукты, а не ограничиваться какой-то одной диетой.


4. Результаты функциональной пробы с задержкой дыхания.

Как было уже сказано выше, при работе усиливается распад органических веществ и возрастает выделение углекислого газа мышцами. Это можно доказать с помощью функциональной пробы с максимальной задержкой дыхания до и после нагрузки( в эксперименте участвовали школьники 8-11 классов).

В положении сидя испытуемым предлагалось задержать дыхание на максимальный срок на спокойном выдохе. С помощью секундомера устанавливалось время восстановления дыхания.

По истечении 5 минут отдыха участники эксперимента делали 20 приседаний за 30 секунд. Далее измерялось время максимальной задержки дыхания после работы и вычислялось процентное отношение результатов второго опыта относительно первого.

После нескольких минут отдыха повторялась первая проба. Результаты третьего опыта позволяют зарегистрировать процессы восстановления постоянства внутренней среды в организме после действия нагрузки.

После нагрузки обычно удается задержать дыхание на меньшее время, чем в состоянии покоя . Это объясняется тем, что при мышечных нагрузках затрачивается дополнительная энергия, которая освобождается при распаде и окислении органических веществ. С этими процессами связано и накопление в крови продуктов распада, в том числе и углекислого газа. Поэтому, когда испытуемые начинают задерживать дыхание после нагрузки, концентрация углекислого газа в крови уже выше нормы. Особенно высока она у нетренированных людей, поскольку у них в движении участвуют не только необходимые, но и множество сопутствующих мышц.

Результаты, полученные при проведении функциональной пробы сравниваются с нормативами, приведенными в таблице №5.

Таблица №5. Результаты функциональной пробы с задержкой дыхания до и после дозированной нагрузки для различных по степени тренированности категорий испытуемых.

Категория
Задержка дыхания (с)

в покое
после 20 приседаний
после отдыха

здоровые тренированные
46-60
более 50% от первой фазы
более 100% от первой фазы

здоровые нетренированные
36-45
30-50% от первой фазы
70-100% от первой фазы

с отклонениями в здоровье
20-35
30% и менее
менее 70%

Сравнение результатов, полученных при проведении функциональной пробы с нормативами показали, что из всех испытуемых подростков здоровые тренированные составили 32 % от общего числа участников эксперимента, с отклонениями в здоровье -28% учеников, соответственно-40%- это здоровые нетренированные школьники.


5.Заключение.


Обмен веществ и энергии- одно из основных свойств живых организмов, включающий как построение молекул, так и их распад. Обмен веществ сопровождается обменом энергии- оба процесса взаимосвязаны. Выделяемая при диссимиляции энергия расходуется в виде механической, электрической, химической и других видов энергии. Для нормального функционирования организма, необходимо чтобы питательные вещества покрывали энергозатраты.

Расход энергии поддается учету. Чтобы узнать расход энергии конкретного человека надо производить сложные лабораторные исследования. Так, при прямой калориметрии количество выделенной теплоты определяют в специальных камерах, при непрямой калориметрии с помощью специальных приборов устанавливают объем вдыхаемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа и высчитывают дыхательный коэффициент ( отношение объема выдохнутого углекислого газа к объему поглощенного кислорода), пользуясь которым по специальным таблицам можно подсчитать расход энергии. Расход энергии во многом зависит от возраста людей, их образа жизни, профессии.

В своей работе я использовала формулу, позволяющую рассчитать энерготраты, совершаемые подростками на различных уроках за 1 мин. по частоте сердечных сокращений. С целью доказать, что при работе усиливается распад органических веществ, мною была проведена функциональная проба с задержкой дыхания, позволившая разделить всех участников эксперимента на различные по степени тренированности категории.

Согласно проведенным исследованиям, мною было установлено:

- во время уроков, не связанных с физическими нагрузками, ученики расходуют небольшое количество энергии ;

- при выполнении контрольных работ, энерготраты повышаются приблизительно вдвое, приближаясь к показателям, рассчитанным после активных физических упражнений или спортивных игр ;

- проведенная функциональная проба доказала, что при работе усиливается распад органических веществ, а в крови накапливается углекислый газ ;

- по результатам функциональной пробы установлено, что в категорию здоровые тренированные подростки входят 32 % испытуемых ; в категорию здоровые нетренированные – 40 %, в группу с отклонениями в здоровье вошло 28% от общего количества подростков, участвующих в эксперименте.

Данная работа имеет конкретное практическое значение, так как учащиеся в ходе эксперимента научились определять свои энерготраты и составлять суточный рацион таким образом,чтобы количество питательных веществ не превышало расхода энергии . Кроме того, результаты функциональной пробы с задержкой дыхания показали степень тренированности каждого участника эксперимента.


6. Список литературы.

1.Биология. Еженедельное приложение к газете « Первое сентября» .Март 10/1998 г.

2.Биология. Еженедельное приложение к газете « Первое сентября». Март 12/1998 г.

3. Величковский Б. Т. Здоровье и окружающая среда. М.: НПЦ «Экология и образование»,1993 г.

4.Гальперин С.И. Физиологические особенности детей. М.: Просвещение, 1990 г.

5. Гиляров М. С. Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1986 г.

6. Детская энциклопедия .М.: Педагогика, 1975 г.

7. Маркосян А.А. Вопросы возрастной физиологии. М.: Просвещение, 1990 г.

8. Покровский В. И. Популярная медицинская энциклопедия .М.: Советская энциклопедия, 1991 г.

9. Хрипкова А.Г. Возрастная физиология и школьная гигиена. М.: Просвещение,1990 г.




.


.