Metabolizm
To ogół przemian biochemicznych i reakcji enzymatycznych zachodzących w komórce lub organizmie, umożliwiających przemiany materii i energii. Metabolizm dzielimy na 2 grupy procesów:
Anabolizm- to synteza, w której następuje tworzenie związków bardziej złożonych. Procesy te zużywają energię powstałą w procesie katabolizmu do konstrukcji elementów komórki.
Katabolizm- jest źródłem energii, to inaczej rozpad związków złożonych bogatych w energię, na związki proste. Następuje tu uwalnianie energii.
Enzymy pozwalają na zachodzenie reakcji chemicznych. By organizmy nie pracował stale zbyt intensywnie lub niepotrzebnie nie tracił energii reakcje metaboliczne podlegają złożonym mechanizmom kontrolnym (regulacja aktywności enzymów).
Przemiana białek
Białka są najważniejszym składnikiem komórki i płynów ustrojowych. Typowym produktem rozkładu białek są aminokwasy. Trawienie białek polega na serii przemian pod wpływem enzymów zawartych w soku żołądkowym, trzustkowym i jelitowym, które doprowadzają do rozbicia wielkich cząsteczek na aminokwasy. Trawienie białka rozpoczyna się w żołądku, w którym wydzielany płyn jest to pepsynogen. Pepsynogen zostaje zamieniony na pepsynę rozpoczynającą budowę białek. Głównym miejscem jednak trawienia białek jest dwunastnica. Proces zachodzi pod wpływem enzymów trzustkowych. Aminokwasy są zużywane do budowy białek ustrojowych.
Przemiana węglowodanów
Węglowodany są głównym źródłem energii. Mięśnie szkieletowe gładkie i mięsień sercowy używają węglowodanów jako materiału energetycznego. Węglowodany dzielimy na cukry proste (monosacharydy) i cukry złożone, wielocukry (polisacharydy). Cukry proste są rozpuszczalne w wodzie i mogą być wchłonięte przez organizm bez zmiany.
Najważniejszym cukrem prostym jest glukoza (cukier glomowy). Z rozpadu tego cukru czerpana jest energia. W razie małej ilości węglowodanów organizm wytwarza glukozę z materiałów niecukrowych. Przede wszystkim z aminokwasów. Wielocukrem jest np. skrobia. Wielocukry zostają rozłożone na cukry proste przez enzymy: -amylaza ślinowa, -amylaza trzustkowa, -maltaza trzustkowa, -maltaza, sacharoza i laktaza wytwarzane w jelicie cienkim.
Chłonięciu ulegają tylko cukry proste. Po wchłonięciu w jelicie cukry proste przechodzą do żyły wrotnej i dalej do wątroby, gdzie zostają zamienione na glukozę, która przechodzi do krążenia i tkanek. Stanowi materiał energetyczny lub też jest zamieniana na glikogen zmagazynowany w wątrobie.
Przemiana tłuszczów
Tłuszcze są materiałem energetycznym ustroju, który może być magazynowany pod postacią tkanki tłuszczowej odkładającej się pod skórą i wokół narządów wewnętrznych jamy brzusznej. Tkanka tłuszczowa podskórna stanowi ponadto warstwę izolacyjną zapobiegającą utracie ciepła. Miazga pokarmowa przechodząca z żołądka do dwunastnicy powoduje wytwarzanie w jelicie hormonu (sekretyny), który pobudza trzustkę. Sok trzustkowy zawiera enzym lipazę, który powoduje rozpad estrów kwasów tłuszczowych. Nadmiar tłuszczu odkłada się jako zapasowy materiał energetyczny uruchamiany, gdy wydatek energii przewyższa dowów z pokarmem.
Przemian wody i soli mineralnych
Woda jest niezbędna do procesów życiowych. Większość reakcji przebiega w roztworach wodnych. Woda w ustroju zawsze zawiera sole mineralne. Parowanie wody przez skórę z potem stanowi istotny czynnik regulujący ciepłotę ustroju. Całkowita zawartość wody w organizmie wynosi ok. 60% masy ciała. Do tzw. strat wody poza wydalaniem z moczem dochodzi parowanie z wydychanym powietrzem, oraz parowanie z kałem. Straty z potem w normalnych warunkach są niewielkie, ale przy gorączce mogą być duże. Straty wody stanowiące 5% masy ciała powodują osłabienie ogólne. Przy stratach powyżej 10% następuje ciężkie odwodnienie. Straty 15-20% prowadzą do zgonu.
Większość spożywanych produktów zawiera wodę. Zapotrzebowanie dobowe człowieka na wodę wynosi 21-43 ml/kg masy ciała. Dowóz wody musi uzupełniać stałą stratę wody wydalanej przez nerki (mocz), skórę (pot), płuca (para wodna), przewód pokarmowy (wypróżnianie). Dowóz jest regulowany uczuciem pragnienia. Dowóz stanowią pokarmy stałe i półstałe. Woda powstająca w procesach przemiany, oraz płyny (woda, mleko, kawa, soki, itp.). wchłanianie wody odbywa się w jelicie cienkim i grubym. Skąd następnie idzie do krwiobiegu. Przemiana wody jest powiązana z przemianą soli mineralnych. Niektóre jony soli zatrzymują wodę np. sole sodowe, zaś sole potasowe i wapniowe wydalają wodę z ustroju. Sole mineralne są niezbędne do prawidłowego przebiegu procesów życiowych. Wchodzą w skład kości nadając im twardość, przyczyniają się do utrzymania równowagi kwasowo zasadowej.
Przemiana energii
Ustrój czerpie energie z pokarmu. Ta energia zostaje przekształcona i zużyta na procesy zachodzące w naszym organizmie. Wartość przemiany energii wyróżniamy w dżulach. Tradycyjną miarą energii jest kg, cal. Cal to najprościej mówiąc jednostka ciepła. Określają one ilość ciepła powstałą podczas spalania pożywienia- organizm, lub ilość energii, którą dostarczyliśmy przez pokarm. Na podtrzymanie życia organizm potrzebuje w ciągu jednej doby- jeden cal/ kg masy ciała. Energię ta zużywa na wytwarzanie ciepła, oddychanie, pracę serca, krążenie krwi, ruchy jelit, odbudowa tkanek, przewodzenie bodźców- w nerwach, wydzielanie gruczołów, wydalanie zużytych substancji. Każda dodatkowa czynność wymaga nowej porcji energii.
Jeśli organizm otrzymuje jej więcej niż jest w stanie zużytkować , przerabia ją na tłuszcz i odkłada w tkance tłuszczowej. Komórki tej tkanki najpierw powiększają swoją objętość, potem zaczynają się mnożyć. Raz powstałe nigdy nie giną. Podczas odchudzania mogą się tylko kurczyć.
Ilość cal potrzebna organizmowi jest różna i zależy od rodzaju wykonywanej pracy, płci, wieku oraz szybkości procesu przemiany materii.
Jeśli prowadzimy niezbyt ruchliwy tryb życia, mamy siedzącą pracę, wystarczy nam ok. 2 tys. 300 kg/cal dziennie. Niezbyt ciężka praca fizyczna wymaga dodatkowych 500 kg/cal, ciężka- 1000kg/cal. Kobiety w ciąży potrzebują od 2 tys. 800 do 3 tys. kg/cal dziennie. Natomiast karmiące matki ok. 3 tys. 400 kg/cal.
Wielkość przemiany energii w tzw. warunkach podst. (rano na czczo, w spoczynku, spokoju fizycznym i psychicznym)- przemiana podstawowa.
Intensywność przemiany ulega wahaniom dobowym. Zwiększa się rano, zmniejsza się w nocy. Zwiększa się także pod wpływem obciążenia fizycznego i umysłowego, a także pod wpływem spożycia pokarmu.
Pewna część energii jest gromadzona w naszym organizmie jako zapas, dzięki czemu przerwanie jej dopływu nie przerywa czynności komórek. Najmniejsze rezerwy ma mózg, bowiem przerwanie dopływu energii powoduje utratę przytomności już po 10 s., podczas gdy np. mięsień szkieletowy może być pozbawiony energii bez większej szkody przez ok. 1-2 h.
Pomiary
Najdoskonalsze są metody bezpośrednie polegające na pomiarze w kalorymetrze strat ciepła wydzielanego przez organizm w jednostce czasu. W celach praktycznych stosuje się metody pośrednie, gdzie wartość przemiany określa się na podstawie ilości pochłoniętego przez organizm tlenu w jednostce czasu.
Regulacja temperatury ciała
Procesy przemiany przebiegają z wytwarzaniem ciepła. Człowiek należy do istot stałocieplnych, na podtrzymanie tej stałej temperatury zostaje wykorzystane ciepło metaboliczne. Ochłodzenie organizmu jest bodźcem do nasilenia procesów metabolicznych i do zwiększonej produkcji ciepła. Wytwarzane ciepło jest oddawane do otoczenia przez skórę. Temperatura wnętrza ciała nie jest jednakowa, klinicznie mierzy się ją w jamie ustnej lub w odbytnicy, zwyczajowo pod pachą. Temperatura ciała ulega wahaniom dobowym o ok. 1'C. Najniższa jest rano, najwyższa w ciągu dnia (wieczorem). Długotrwałe wysiłki fizyczne podnoszą temperaturą ciała o 2'C, a czasem więcej.
Gorączka
Wzrost temperatury ciała powyżej 37'C następuje wskutek dreszczy (wzmożonej produkcji ciepła) i max zwężeniu naczyń w obwodowych częściach ciała (zimne stopy i dłonie). Dzieje się tak pod wpływem pewnych substancji pojawiających się we krwi osób gorączkujących. Max temperatura ciała przy której możliwe jest przeżycie wynosi 42'C. Ochłodzenie ciała do 26-28'C może doprowadzić do śmierci wskutek migotania komór serca.
Witaminy
To składniki pokarmowe, to aktywne w działaniu związki o różnym składnie chemicznym znajdujące się w pokarmach niezbędne do prawidłowego funkcjonowanie organizmu. Witaminy warunkują utrzymanie prawidłowego stanu zdrowia oraz odpowiedniego wzrostu i rozwoju organizmu. Brak lub niedobór witamin prowadzi do zaburzeń w przemianie materii i energii wywołując hipowitaminozy (niedobór) lub awitaminozy (wskutek długotrwałego braku witamin w pożywieniu). Brak lub niedobór witamin upośledza czynności i rozwój organizmu. Głównym źródłem witamin są owoce i warzywa. Witaminy rozpuszczane w tłuszczach A, D i w wodzie B i C.