Биохимические основы питания
СОДЕРЖАНИЕ: Питание как основа жизнедеятельности. Принципы рационального питания, его энергетическая ценность. Соотношение между содержанием в рационе белков, жиров и углеводов. Необходимые для жизнедеятельности химические элементы. Особенности питания спортсменов.Реферат
по биохимии
на тему:
Биохимические основы питания
2009
ПИТАНИЕ КАК ОСНОВА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Питание является основой жизнедеятельности, обязательным условием нормального роста и развития организма, высокой трудоспособности и профилактики заболеваний. Высокие физические и эмоциональные нагрузки, свойственные современному спорту, предъявляют особые требования к питанию спортсменов. Только в условиях правильно организованного полноценного питания возможно повышение эффективности тренировочного процесса и рост спортивных результатов.
С биологической точки зрения питание обеспечивает организм:
• источниками энергии. Главными пищевыми источниками энергии являются углеводы и жиры;
• строительным материалом для различных синтезов. Таким материалом в первую очередь являются аминокислоты и полиненасыщенные жирные кислоты;
• витаминами и минеральными веществами;
• водой.
Под питанием обычно понимается поступление пищи в организм, расщепление пищевых веществ и последующее всасывание продуктов переваривания.
Переваривание пищевых веществ происходит путем гидролиза под действием ферментов пищеварительных соков. Как уже отмечалось, в процессе переваривания пищевые вещества, в основном высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются в итоге в простые соединения, одинаковые для всех живых организмов. Так, например, любые пищевые белки распадаются на аминокислоты 20 видов, точно такие же, как и аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид - глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей.
Всасывание продуктов переваривания осуществляется клетками кишечного эпителия и является активным процессом, протекающим с использованием энергии АТФ, причем для всасывания продуктов расщепления жира необходимы желчные кислоты, которые вырабатываются в печени и выделяются в полость кишечника в составе желчи.
Пищевой рацион должен содержать все необходимые для организма химические вещества. На основании многовековых традиций и многочисленных научных исследований сформулированы основные требования к количественному и качественному составу пищевого рациона, так называемые принципы рационального питания. Главными из них являются следующие:
• Энергетическая ценность пищевого рациона, по возможности, должна соответствовать энергозатратам организма.
• Пищевой рацион должен быть сбалансирован по важнейшим пищевым компонентам, т. е. должен содержать белки, жиры и углеводы в строго определенной пропорции.
• Пищевой рацион должен содержать адекватное количество витаминов и минеральных веществ.
• Пищевой рацион должен содержать «балластные вещества».
• Должен соблюдаться режим питания.
Энергетическая ценность питания оценивается количеством энергии, которое может быть получено при окислении пищевых углеводов, жиров и белков до конечных продуктов. Поскольку выделяющаяся при окислении энергия часто измеряется в килокалориях, то энергетическую ценность рациона еще называют калорийностью питания.
Калорийность пищевого рациона может быть определена с помощью прибора - калориметра, который регистрирует тепловую энергию, выделяющуюся при сжигании порции пищи. Другой, более простой способ расчета энергетической ценности питания заключается в использовании специальных таблиц, в которых приводится содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах. Исходя из того, что 1 г углеводов и 1 г белков при окислении выделяют примерно 4 ккал, а 1 г жира - около 9 ккал энергии, определяют калорийность рациона в ккал/сутки.
Энергозатраты зависят от многих факторов: возраста, массы тела, профессии, климатических условий и особенно от двигательной активности.
В состоянии покоя, натощак организм расходует минимальное количество энергии, необходимое для поддержания основных физиологических функций и анаболических процессов. Эта величина называется основным обменом и составляет у мужчин в среднем 24-28 ккал/сутки-кг массы тела, у женщин несколько ниже - 23-26 ккал/сутки-кг. У детей величина основного обмена при расчете на 1 кг массы тела примерно в 1,5 раза выше, чем у взрослых. В процессе старения уровень основного обмена уменьшается.
Очевидно, что реальные энергозатраты должны быть выше значения основного обмена. У людей умственного труда суточные затраты энергии составляют 2200-2500 ккал - у мужчин и 1800-2200 - у женщин. При тяжелом физическом труде энергозатраты существенно возрастают: у мужчин - до 5000 ккал/сутки, а у женщин - до 4000. У спортсменов энергозатраты в зависимости от вида спорта, а также от периода тренировочного цикла колеблются в диапазоне от 4000 до 7000 ккал/сутки.
Энергозатраты можно определить путем прямой калориметрии, т. е. измерить суточное выделение организмом тепла. Однако это весьма сложная процедура. В связи с этим чаще применяются методы непрямой калориметрии, основанные на измерении потребления кислорода или выделения углекислого газа, поскольку эти показатели характеризуют состояние катаболизма.
К непрямой калориметрии также относится метод суточной пульсометрии, заключающийся в измерении и регистрации частоты сердечных сокращений в течение суток. Этот метод базируется на корреляции между потреблением кислорода за сутки, характеризующим освобождение энергии в процессе катаболизма, и средней величиной пульса. Для подсчета и регистрации пульса применяется портативный прибор -спорттестер, состоящий из прикрепленного к груди испытуемого датчика и приемника, похожего на наручные часы и надеваемого на запястье руки. Датчик фиксирует сердечные сокращения, а в приемнике информация, поступающая из датчика, регистрируется на магнитной дискете.
Косвенно суточные энергозатраты можно установить путем заполнения анкет, в которых испытуемые подробно описывают все, что они делали в течение дня. Затем с помощью специальных таблиц, в которых приведены значения энергозатрат при различных видах трудовой и спортивной деятельности, проводят расчет суточных энергозатрат.
Соответствие энергетической ценности пищевого рациона затратам энергии спортсменом является одним из важнейших условий эффективности тренировочного процесса.
Употребление питания с пониженной калорийностью не только сопровождается расходованием всех резервных углеводов и жиров, но и приводит к использованию в качестве источников энергии белков, в первую очередь мышечных. В результате развивается атрофия мышц и анемия, уменьшается масса тела, снижается физическая работоспособность, а у детей наблюдается задержка роста.
При продолжительном поступлении в организм пищевых источников энергии в количествах, превышающих энергозатраты, возникает ожирение, причем в жировых депо откладывается жир не только поступающий с пищей, но и образующийся из углеводов.
Поэтому самым простым способом контроля соответствия калорийности пищевого рациона и суточных энергозатрат является измерение массы тела. При длительном использовании рациона с пониженной калорийностью наблюдается уменьшение массы тела, а при чрезмерном поступлении в организм источников энергии масса тела увеличивается в основном за счет накопления жира.
Сбалансированность питания касается, прежде всего, соотношения между содержанием в рационе белков, жиров и углеводов.
Пищевые белки являются поставщиками аминокислот, которые необходимы для синтеза белков и других азотсодержащих соединений организма. Особенно важно поступление с пищей незаменимых аминокислот, которые не синтезируются в организме. Эти аминокислоты должны регулярно поступать с пищей, так как они не накапливаются в организме. При избыточном поступлении неиспользованные для синтеза белков аминокислоты, в том числе незаменимые, подвергаются распаду.
Суточная потребность в белке зависит от многих факторов и составляет в среднем для взрослого человека 100-120 г.
Значительное влияние на норму белка в питании оказывают двигательная активность и биологическая ценность пищевых белков.
Считается, что потребность в белке при выполнении физической работы увеличивается на 10 г на каждые 500 ккал энергозатрат.
Биологическая ценность белков определяется, прежде всего, их аминокислотным составом. Пищевые белки должны содержать все незаменимые аминокислоты, причем желательно в том же соотношении, которое характерно для белков человека. Соотношение между незаменимыми аминокислотами в пищевых белках животного происхождения по сравнению с растительными ближе к соотношению в органах и тканях человека. Отсюда следует, что животные белки обладают большей биологической ценностью, чем растительные. Однако из этого правила есть исключение: белки овса и гречи по своему аминокислотному составу похожи на белки человека и поэтому могут заменять в рационе животные белки.
Считается, что в суточном рационе животных белков должно быть не менее 50% от содержания всех белков.
Биологическая ценность пищевых белков зависит также от возможности их расщепления протеолитическими ферментами в процессе пищеварения. Плохо перевариваются белки связок, сухожилий, соединительной ткани, некоторые растительные белки.
Наиболее высокой биологической ценностью обладают молочные и яичные белки.
Недостаточное поступление пищевых белков постепенно ведет к нарушению многих функций организма, уменьшению массы тела, снижению работоспособности. Особенно опасно белковое голодание для растущего организма, так как в основе роста лежит накопление белков.
При избыточном потреблении белков пищеварительные ферменты оказываются не в состоянии их полностью расщепить. Непереваренные белки попадают в толстую кишку и под действием микрофлоры подвергаются там гниению, в ходе которого образуются различные ядовитые вещества. В тканях организма избыток аминокислот распадается с выделением аммиака, что создает дополнительную нагрузку на печень, в которой осуществляется обезвреживание аммиака путем синтеза мочевины. Кроме того, при распаде аминокислот возможно накопление недоокисленных продуктов, в основном органических кислот, что вызывает сдвиг кислотно-щелочного баланса в кислую сторону.
Еще одним обязательным компонентом сбалансированного пищевого рациона являются жиры. Их роль как пищевого продукта многообразна. Жир является важным источником энергии, превосходящим по калорийности белки и углеводы. Так, при окислении 1 г жира выделяется примерно 9 ккал энергии, тогда как при окислении такого же количества белков или углеводов освобождается только около 4 ккал. Однако окисление жиров протекает исключительно аэробным путем и может обеспечить энергией только умеренные нагрузки. Поэтому роль жира как источника энергии особенно велика при выполнении продолжительной физической работы.
Кроме энергетической функции жиры еще выполняют пластическую функцию, являясь поставщиками полиненасыщенных жирных кислот. Такие жирные кислоты содержат в своей молекуле две и более двойных связей и в организме человека не синтезируются. Полиненасыщенные жирные кислоты необходимы для синтеза липоидов клеточных мембран и для образования гормоноподобных веществ - простагландинов, регулирующих в организме тонус гладкой мускулатуры. Полиненасыщенные жирные кислоты обычно входят в состав растительных жиров. Потребность взрослого человека в полиненасыщенных жирных кислотах может быть обеспечена ежедневным поступлением с пищей 20-30 мл растительного масла.
Пищевые жиры также являются поставщиками жирорастворимых витаминов, которые могут накапливаться в жирах. Так, рыбий жир богат витаминами А и D, а растительные жиры содержат витамин Е.
Суточный рацион взрослого человека должен содержать 80-100 г жиров, что составляет 30-35% от его калорийности.
Употребление избыточного количества жира со временем приводит к ожирению.
Пищевые углеводы являются основными источниками энергии, они обеспечивают 55-60% суточной потребности организма в энергии. Особая роль углеводов как источников энергии обусловлена тем, что они могут расщепляться в организме как аэробно, так и анаэробно, тогда как окисление белков и жиров происходит лишь аэробным способом. Как известно, при анаэробном распаде углеводов энергии в единицу времени выделяется в 2 раза больше, чем при аэробном окислении любых веществ. В связи с этим физические нагрузки высокой мощности, требующие больших энергозатрат в единицу времени, обеспечиваются в первую очередь углеводами.
Главным пищевым углеводом является крахмал, содержание которого в пищевом рационе может доходить до 80% от общего количества всех углеводов. Богаты крахмалом крупы, макароны, хлеб, картофель, овощи и другие растительные продукты питания.
Кроме крахмала с пищей могут поступать и другие углеводы растительного происхождения: клетчатка и сахароза.
Моносахариды глюкоза и фруктоза обычно присутствуют в различных ягодах, фруктах и меде.
Из углеводов животного происхождения с пищей поступают гликоген и лактоза. Гликоген содержится в мясе и печени, а лактоза - в молочных продуктах.
Средняя суточная потребность организма в углеводах 400-500 г.
При пониженном поступлении углеводов с пищей в организме ускоряется использование жиров и белков в качестве источников энергии. Усиленный распад внутриклеточных белков может привести к снижению их содержания в клетках и появлению симптомов «белкового голодания». Кроме того, окисление белков сопровождается повышенным выделением аммиака. При окислении жиров в качестве промежуточных продуктов образуются кетоновые тела, накопление которых вызывает ацидоз - смещение кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону.
Длительное чрезмерное потребление углеводов приводит к нарушениям обмена веществ и возникновению заболеваний. Это связано со способностью углеводов легко преобразовываться в жиры и холестерин. Поэтому при избыточном углеводном питании, особенно на фоне малоподвижного образа жизни, нередко развиваются такие заболевания, как ожирение и атеросклероз.
Согласно рекомендациям ведущих диетологов соотношение между белками, жирами и углеводами в суточном рационе должно быть 1:1: 4, т. е. на каждый грамм белков должен приходиться 1 г жиров и 4 г углеводов.
С продуктами питания должны также поступать витамины в необходимых для организма количествах. Потребность в витаминах прежде всего зависит от массы тела, возраста, двигательной активности. Средние суточные нормы содержания в пищевом рационе и биологическая роль отдельных витаминов представлены в табл. 3.
При недостаточном поступлении витаминов развиваются гиповитаминозы. Обычно гиповитаминозы наблюдаются зимой и весной, когда содержание витаминов в пищевых продуктах уменьшается вследствие их разрушения при хранении. Особенно часто встречается гиповитаминоз С - цинга. Поэтому в это время года рекомендуется принимать комплексные витаминные препараты.
Избыточное введение водорастворимых витаминов не приводит к их накоплению в организме, так как их избыток сразу же выделяется с мочой. Поэтому поступление в организм водорастворимых витаминов должно быть регулярным. Жирорастворимые витамины при чрезмерном поступлении накапливаются в жировой ткани, вследствие чего могут возникать гипервитаминозы. Описаны случаи гипервитаминозов А, DhK.
Минеральные вещества поступают в составе продуктов питания, как правило, в количествах, соответствующих потребности организма. Исключение составляет лишь поваренная соль, которая добавляется к пище в чистом виде. Физиологическая потребность в этой соли 5-6 г/сутки, однако в силу вековых традиций и привычек ее содержание врационе значительно выше - 15-16 г. К необходимым для жизнедеятельности химическим элементам относятся: натрий, калий, хлор, кальций, магний, фосфор, железо, медь, йод, фтор, марганец, цинк.
Из продуктов питания наиболее богаты минеральными веществами овощи и фрукты.
Недостаточное поступление в организм минеральных веществ, а также их избыток в пище приводят к нарушениям обмена веществ и возникновению заболеваний.
Как уже указывалось, пищевой рацион должен содержать балластные вещества, или пищевые волокна. К ним относятся растительные высокомолекулярные углеводы, имеющие прочные молекулы в форме длинных нитей. Эти вещества не гидролизуются пищеварительными ферментами и поэтому без изменений проходят через весь желудочно-кишечный тракт и выделяются из организма в нерасщепленном виде. Вследствие этого ранее считалось, что такие углеводы не приносят пользы и что они являются как бы лишними компонентами пищевого рациона, т. е. балластом.
В настоящее время установлено, что данные растительные углеводы выполняют в процессе пищеварения, по крайней мере, две важные функции. Во-первых, двигаясь по пищеварительному тракту и касаясь его стенки, пищевые волокна усиливают перистальтику, т. е. волнообразное сокращение стенки кишки, необходимое для перемещения пищи. Во-вторых, пищевые волокна оказались хорошими сорбентами. На них могут сорбироваться и затем вместе с ними покидать организм различные токсичные вещества как экзогенного, так и эндогенного происхождения. В частности, на пищевых волокнах может сорбироваться холестерин. В связи с такой функцией клетчатку и другие пищевые волокна образно называют «дворники организма».
Еще одним условием рационального питания является соблюдение режима поступления пищи в организм. Правильный режим питания необходим для ритмичного и эффективного функционирования пищеварительной системы, для полноценного усвоения пищи и нормального протекания метаболических процессов.
Общепринятым является трех-четырехразовое питание с интервалами между приемами пищи в 4-5 часов. Кратность приема пищи зависит от объема и калорийности рациона: при возрастании объема и калорийности должна быть увеличена кратность питания, так как при одномоментном поступлении большого количества пищи переваривание и всасывание будут неполными и могут возникнуть различные неприятные ощущения, снижение работоспособности. Частое нарушение режима питания может привести к заболеваниям органов пищеварения.
ОСОБЕННОСТИ ПИТАНИЯ СПОРТСМЕНОВ
Питание спортсменов имеет ряд особенностей по сравнению с питанием не занимающихся спортом, в том числе людей, выполняющих тяжелую физическую работу.
1. Для спортсменов характерен высокий расход энергии. При занятиях спортом энергозатраты составляют от 4000 до 7000 ккал в сутки. Но в отличие от людей тяжелого физического труда, тоже расходующих много энергии, интенсивность энергозатрат у спортсменов значительно выше. Так, по данным Н.Н. Яковлева, рабочий, занятый физическим трудом в течение 8-часового рабочего дня, расходует во время работы 0,03-0,05 ккал/с, бегун-марафонец во время бега - 0,3 ккал/с, а спринтер - 3 ккал/с. Отсюда видно, что при выполнении большинства физических упражнений источником энергии являются анаэробные процессы, в то время как трудовая деятельность обеспечивается аэробным способом получения АТФ. Поэтому рацион спортсмена должен иметь не только необходимую энергетическую ценность, но и содержать повышенное количество углеводов, поскольку, как уже отмечалось, только углеводы могут подвергаться анаэробному распаду и давать много энергии в единицу времени. Жиры и белки окисляются лишь аэробно и при выполнении интенсивных нагрузок используются ограниченно.
Необходимость обогащения рациона спортсменов углеводами еще обусловлена тем, что запасы углеводов в организме ограничены и при работе быстро исчерпываются. В связи с этим практикуется дополнительное введение углеводов во время тренировки или соревнования.
В период интенсивных тренировок суточная потребность в углеводах может составлять 700-800 г.
2. При выполнении спортивных нагрузок усиливается распад белков, главным образом мышечных. Особенно быстро расщепляются белки при выполнении упражнений силового характера. Для восполнения разрушенных при работе белков необходимо поступление во время восстановления повышенного количества аминокислот. Это делает необходимым использование рациона с повышенным содержанием белков. Наиболее высокая потребность в белках отмечается у тяжелоатлетов и культуристов. У этих спортсменов потребление белков может достигать 200-250 г в сутки.
3. Интенсификация метаболизма в организме спортсмена увеличивает потребность в коферментах, в состав которых входят витамины. В итоге потребление витаминов спортсменами возрастает в 2-3 раза. Обеспечить поступление такого большого количества витаминов только с естественными пищевыми продуктами обычно не удается. Поэтому в спортивной практике широко используются различные витаминные препараты. Хороший эффект дает применение поливитаминных комплексов с минеральными добавками. Перечисленные витаминные комплексы содержат все необходимые витамины в нужных дозировках и пропорциях, а также различные минеральные вещества, потребность в которых у спортсменов тоже повышается.
4. При выполнении интенсивных физических нагрузок наблюдается повышенное выделение из организма минеральных веществ в составе пота. Увеличение потребности спортсменов в минералах еще обусловлено высокой скоростью метаболизма, наблюдаемой как во время выполнения мышечной работы, так и при восстановлении. В большей мере спортсмены нуждаются в таких минеральных элементах, как кальций, магний, калий и фосфор.
Наряду с поступлением минеральных веществ с натуральными продуктами питания, они вводятся в организм с минеральной водой и в составе комплексных поливитаминных препаратов. Кроме того, нередко используются специальные фармацевтические средства: глицерофосфат кальция, фитин, аспаркам, оротат калия, глицерофосфат железа, ферроплекс, фитоферролактол.
5. В связи с необходимостью применения пищевого рациона большого объема у спортсменов существенно возрастает кратность приема пищи. В отдельных видах спорта практикуется даже пяти- и шестиразовый прием пищи. Увеличение кратности приема пищи обеспечивает более полноценное усвоение пищевых веществ и их лучшее использование тканями организма. Так, по данным Санкт-Петербургского НИИ физической культуры, при увеличении кратности приема одного и того же количества пищевого белка значительно повышается скорость синтеза белков в организме, и прежде всего мышечных.
6. Еще одной особенностью спортивного питания является применение биологически активных пищевых добавок. Необходимость использования таких продуктов вызвана тем, что высокую потребность спортсменов в белках, углеводах, витаминах и солях очень сложно удовлетворить за счет традиционного питания.
Пищевые добавки представляют собою специализированные продукты питания, вырабатываемые из высококачественного натурального сырья. В отличие от обычных пищевых продуктов они содержат в высоких концентрациях наиболее полноценные и легко усвояемые компоненты пищи, что позволяет их использовать в меньших объемах по сравнению с натуральными продуктами.
Широкое распространение имеют белковые, белково-углеводные и аминокислотные добавки. В состав белковых добавок часто входят молочные и яичные белки. Некоторые пищевые добавки содержат гидролизат белков, т. е. частично расщепленные белки, вследствие чего они быстро усваиваются. Хороший эффект дает применение углеводных добавок, содержащих углеводы разной степени полимеризации, сахарозу и крахмал). В этом случае происходит плавное поступление глюкозы в кровяное русло без появления выраженной гипергликемии.
Аминокислотные добавки представляют собой смесь из 20 аминокислот или же являются отдельными, наиболее важными аминокислотами. В качестве пищевых добавок часто используются глицин, метионин, лизин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Белковые, углеводные и аминокислотные добавки могут быть обогащены витаминами и минеральными веществами.
К пищевым добавкам можно отнести также поливитаминные комплексы и препараты, содержащие минеральные вещества.
С давних времен в качестве пищевых добавок используются продукты пчеловодства. К ним относятся мед, маточное молочко, цветочная пыльца, прополис. Исследованиями кафедр биохимии и физиологии СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта была выявлена высокая эффективность использования биологически активных пищевых добавок, полученных из продуктов пчеловодства. Прием таких пищевых добавок приводил к достоверному повышению спортивной работоспособности.
Таким образом, особенностями питания спортсменов является более высокая калорийность пищевого рациона, повышенное содержание белков и углеводов на фоне лишь незначительного увеличения количества жиров, обогащение рациона витаминами и минералами, использование биологически активных пищевых добавок и увеличение кратности приема пищи.