Основен признак на живия организъм е непрекъсната обмяна на вещества с околната среда. Под обмяна на вещества се разбират химичните промени, които претърпяват в организма хранителните вещества от приемането им чрез храносмилателната система до отделянето на продуктите от тяхното разграждане чрез дихателната и отделителната система и кожата.
При обмяна на веществата се осъществяват 2 вида основни процеса: анаболизъм и катаболизъм. Анаболизмът включва промените, които веществата претърпяват от приемането им от външната среда до превръщането им в специфични за организма високомолекулни съединения. Катаболизмът включва разграждането на веществата в клетките до по-прости, при което се освобождава енергия.
С храната човек приема органични вещества, вода и минерални соли.
Обмяна на белтъците (вижте горепосочената схема). Постъпилите с храната белтъци се разграждат в храносмилателната система до аминокиселини. Те се всмукват от лигавицата на тънкото черво и чрез порталната вена се пренасят до черния дроб, където част от тях участват в синтезирането на белтъците на кръвната плазма. Останалите аминокиселини се пренасят до всички телесни клетки и от тях се синтезират специфични за всяка клетка белтъци. Те се включват във всички клетъчни структури. Част от аминокиселините се разграждат в клетките, за да се достави енергия. Крайните продукти от разграждането им са вода въглероден диоксид, амоняк, пикочина и пикочна киселина.
Дневната нужда от белтъци е 1 – 1,5 гр/кг телесна маса. Половината от това количество трябва да бъдат белтъци от животински произход, тъй като, те за разлика от растителните белтъци, съдържат всички необходими за човека аминокиселини. Ето защо вегетарианството за подрастващите е необосновано и дори вредно.
Ако количеството на приетите с храната белтъци надвишава нуждите на организма, те се превръщат във въглехидрати и мазнини. Превръщането на аминокиселините във въглехидрати може да се осъществи във всички телесни клетки. Превръщането на аминокиселините в мазнини се осъществява в клетките на мастната тъкан.
Обмяна на мазнините (вижте схемата горе). В храносмилателната система мазнините се разграждат до глицерол и мастни киселини. Те се всмукват от клетките на чревната лигавица, където се свързват отново и се превръщат в собствени мазнини. Малка част от тях попадат в черния дроб.
По-голямата част 80% попада в лимфните съдове на тънкото черво и от там чрез кръвообращението стига до клетките на тялото. В клетките мазнините слъжат като енергиен източник и участват в изграждането на клетъчните мембрани.
Дневната нужда от мазнини е 0,8 гр./кг. телесна маса. Ако приетите мазнини са в по-голямо количество, те се натрупват като резерв в подкожната мастна съединителна тъкан.
Крайните продукти от разграждането на мазнините са вода и въглероден двуокис.
Обмяна на въглехидратите (вижте схемата долу).
В храносмилателната система въглехидратите се разграждат до монозахариди, които се всмукват в лигавицата на тънкото черво и рез порталната вена се пренася в черния дроб. Най-важният монозахарид е глюкозата. В черния дроб част от нея се натрупва под формата на гликоген, а останалата част чрез кръвообращението стига до телесните клетки. В тях глюкозата се използва за доставяне на необходимата им енергия. При разграждането на глюкозата се получава вода и въглероден двуокис. Дневната нужда от въглехидрати е 15 гр./кг. телесна маса. Ако приетите въглехидрати надвишават необходимите енергийни потребности на организма те се превръщат в мазнини в клетките на мастната тъкан.
Обмяна на водата и минералните соли. Освен органични вещества организмът трябва задължително да приема вода и минерални соли. Обменните процеси могат да се извършват само във водна среда. Освен това водата спомага за отделянето на крайните на обмяната в състава на урината, потта и издишвания въздух.
Дневната нужда от вода при покой е 2-3 литра от които 1,5 литра се приемат във вид на течност, а 0,8 литра се съдържат в храната. Между внесеното и отделеното с урината и потта количество вода съществува равновесие. Минералните соли играят важна роля за поддържането на водно-солевия баланс. Организмът се нуждае от всекидневно приемане на готварска сол, соли на калция, калия и магнезия. Макар и в минимални количества е задължително и приемането на някои химични елементи, влизащи в състава на важни съединения – например желязото в състава на хемоглобина, йод в състава на хормона на щитовидната жлеза и др.
Обмяна на енергията. Главен източник на енергия за организма са всекидневно приеманите хранителни вещества. Енергията в организма е необходима, от една страна, за синтезирането на специфичните за клетките органични вещества, а от друга – за осъществяването на разнообразните жизнени процеси: съкращения на мускулите, работа на сърцето, секреторна дейност на жлезите, работа на нервната система и др. В крайна сметка освободената енергия се превръща в топлина, която се използува за поддържане на телесната температура. Определянето на количеството топлина, която се излъчва от тялото, се извършва чрез т.нар. калориметрия.
Основна обмяна. Разход на енергия се извършва дори и тогава, когато организмът се намира в пълен покой. Разходът на енергия се дължи на процесите, свързани с дейността на вътрешните органи и с поддържането на телесната температура. Минималното количество енергия, което човек изразходва за определено време в състояние на пълен покой се нарича основна обмяна.
Основната обмяна се определя при задължително спазване на следните условия: изследваният трябва да бъде в пълен физически и психически покой, в легнало положение, 12 часа след приемане на храна, в сутрешните часове и при външна температура 20-24 градуса по Целзий. Нормалните средни стойности на основната обмяна за мъжете са 8400 kJ за 24 часа, а за жените – около 5% по-малко или около 8000 kJ. Отклоненията от нормалните средни стойности на основната обмяна са признак за смущения в обменните процеси. Честа причина за тези смущения е нарушената дейност на жлезите с вътрешна секреция и особено на щитовидната жлеза. Разходът на енергия е в зависимост от възрастта, телесната маса, моменталното състояние (покой, активност) и др. От значение са и условията на околната среда (температура, влажност и т.н.).
При човек разходът на енергия зависи преди всичко от вида на извършената работа. Според вида на професията хората се делят на 4 групи. Към първа група спадат хора на интелектуалния труд (учени, педагози, лекари). Те изразходват най-малко енергия – за 24 часа около 12500 kJ. Към втора група спадат хора извършващи средно тежка или механизирана работа – (шофьори, шлосери, машинисти, апаратчици и др). Техният разход на енергия за 24 часа е около 12500 – 14500 kJ. Към трета група спадат хората изпълняващи тежка физическа работа (миньори, ковачи и др.). Те изразходват дневно около 14500 – 16500 kJ. В четвърта група са работниците изпълняващи много тежък физически труд (товарачи, дървосекачи, изкопчии и др.). Техният дневен разход е най-голям над 16500 kJ.
Обмяната на енергия се регулира по нервен и хуморален път. Нервната регулация се осъществява от нервните центрове, намиращи се в междинния мозък. За хуморалната регулация на енергийната обмяна спомагат хормоните на някои от жлезите с вътрешна секреция – хипофизна, щитовидна и задстомашна.
Любопитно: През живота си човек приема 10 тона хляб, 4 тона месо, 7 тона мляко и млечни продукти, 5 тона картофи, 6 тона зеленчуци, 7 тона плодове, 30 000 литра вода. Общото количество на приетите с храната вещества е 80 тона.
