Рациональное питание с точки зрения закона сохранения энергии

Жиры, или липиды - обширный класс органических веществ. Они являются поставщиком энергии и пластическим материалом, так как входят в состав клеточных компонентов, особенно оболочек клеток - мембран. При отсутствии жиров в рационе подопытных животных нарушается деятельность мозга, ослабевает иммунитет, сокращается продолжительность жизни (таблица 3). В то же время избыточное потребление жиров, особенно животного происхождения способствует развитию атеросклероза и ожирения, что приводит к инфарктам, кровоизлияниям в мозг и является основной причиной смерти человека.

Углеводы, или сахара являются основным поставщиком энергии для организма. Углеводы делятся на два вида: простые - сахароза, фруктоза; и сложные, например крахмал. Недостаток углеводов приводит к резкому сокращению поступления энергии в организм, поэтому в рационе они должны составлять около 50% от всех потребляемых веществ. Однако избыток углеводов может приводить к развитию некоторых заболеваний, в частности сахарного диабета.

Витамины также относятся к важнейшим классам пищевых веществ. Они обладают исключительно высокой биологической активностью. Они не являются источником энергии, а участвуют в обмене веществ как компоненты ферментативных реакций.

Минеральные вещества, как и витамины не обладают энергетической ценностью, однако недостаток или избыток минеральных  веществ в организме приводит к возникновению ряда патологических состояний. Минеральные вещества делятся на макро и микроэлементы. К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, натрий, хлор, серу. К микроэлементам - железо, йод, селен, цинк, медь и др. Необходимо знать, что бесконтрольный прием витаминов и минеральных веществ может наносить значительный ущерб здоровью, вызывать патологические изменения во всех органах и тканях. Например избыточное употребление витамина А и D может вызывать повреждение печени и сердечнососудистой системы. Избыток натрия приводит к повышению кровяного давления, то есть к гипертонии (таблица 4)

Однако наибольший ущерб организму  наносит недостаток этих веществ. При  недостатке витаминов возникают  состояний называемые гиповитаминозами, проявления которых очень разнообразны. Недостаток витаминов, в конечном счете, приводит к гибели организма. При недостатке йода возникает такая распространенная болезнь как эндемический зоб, при недостатке селена снижаются защитные силы организма и особенно противораковые⁸.

Режим питания нельзя рассматривать как догму. Меняющиеся жизненные условия  могут вносить в него свои коррективы. Более того некоторые изменения режима питания нужно время от времени производить специально с целью определенной тренировки пищеварительной системы. В данном случае, как и при других процессах, усиление возможностей адаптации, необходимо помнить о том, что изменение в режиме питания не должны быть слишком резкими, то есть они могут представлять собой физиологически допустимые колебания. Не являясь грубыми нарушениями режима питания. Однако очень часто наблюдаются именно нарушения, и иногда серьезные.

Наиболее частым нарушением является следующий характер питания в  течение суток: очень слабый завтрак, или почти его отсутствие, только стакан чая или кофе утром перед уходом на работу; неполноценный обед на работе, иногда в виде бутербродов; очень плотный ужин дома после прихода с работы. Такое фактически двухразовое питание может в силу своей систематичности  наносить существенный вред здоровью. Во-первых, обильная еда вечером значительно усиливает возможность возникновение инфаркта миокарда, гастрита, язвенной болезни, острого панкреатита. Чем больше съедено пищи, тем сильнее и  на  более длительный срок повышается концентрация липидов в крови человека, а это, в свою очередь, как о том свидетельствуют многочисленные исследования, находится в определенной связи с возникновением в организме изменений, приводящих к развитию атеросклероза. Обильная еда вызывает усиленное выделение пищеварительных соков: желудочного и поджелудочного. В ряде случаев это может постепенно приводить к нарушению деятельности желудка, выражающемуся чаще всего в виде гастрита или язвенной болезни желудка или двенадцатиперстной кишки, или поджелудочной железы, что выражается преимущественно в виде панкреатита. Вечером, после трудового дня, энергозатраты человека обычно небольшие. Они еще больше снижаются в период ночного сна. Поэтому обильный  прием пищи, вечером приводит к тому, что значительная доля потребляемых углеводов, которые не подверглись полному окислению, преобразуется в жиры, которые откладываются про  запас в  жировой  ткани. Таким образом, нарушение режима питания, выражающиеся в перенесении основной доли пищевого рациона в вечерние часы, способствуют также возникновению и развитию ожирения.

Так как ни один продукт не в состоянии обеспечить организм всеми необходимыми питательными веществами, основным принципом рационального питания следует считать разнообразие пищи. Это достигается употреблением пищевых продуктов из 5 основных групп:

1. зерновые продукты и картофель;
2. овощи и фрукты;
3. молоко и молочные продукты;
4. мясо и альтернативные продукты;
5. продукты, содержащие сахар и жиры.

Необходимо, чтобы продукты из каждой группы присутствовали в меню ежедневно (рис 4). Основу здорового питания должны составлять продукты первой группы: хлеб, макароны, различные крупы, а также картофель, которые обеспечивают организм в первую очередь энергетическим материалом - углеводами и рядом витаминов и микроэлементов. Продукты второй группы снабжают нас витаминами С и каротином, из которого в организме синтезируется вит. А. Эти витамины способны защищать организм от воздействия вредных факторов окружающей среды. Продукты третьей группы молоко, кефир, творог, сыр являются источником кальция, белка, витамин D способствующий формированию костной ткани. Употреблять эти продукты следует в умеренных количествах, отдавая предпочтение продуктам с пониженной жирностью. Четвертая группа включает мясо, птицу, рыбу, яйца, бобовые, орехи богатые белками, железом и рядом важных макро и микроэлементов. Употреблять эти продукты также рекомендуется умеренно, выбирая с низким содержанием жира. Употребление продуктов пятой группы рекомендуется ограничивать. Итак, тем, кто ответственно относится к своему здоровью и хочет сохранить его надолго, следует заботиться о разумном разнообразии своего питания, есть как можно больше овощей и фруктов, продуктов из муки грубого помола, крупы, поменьше жира и сладостей⁹.

Глава 6. Сходство человека с тепловой машиной

Большую роль в изучении закона сохранения и превращения энергии оказал ученый Р. Майер, который первый его сформулировал с позиций врача-естествоиспытателя. Внимание его привлекли явления, происходящие в организме человека. Он заметил разницу в цвете венозной крови людей в странах умеренного и тропического поясов и пришел к выводу, что «температурная разница» между организмом и окружающей средой должна находиться  в количественном соотношении с разницей в цвете обоих видов крови, то есть артериальной и венозной. Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода, или интенсивности процесса сгорания, происходящего в организме. Осмысливая эти наблюдения на основе принципа, что «ничего не происходит из ничего и ничто не превращается ни во что, и причина равна действию», уже в 1841 году Майер высказал основную идею закона сохранения и превращения энергии.

Ряд исследований Майера посвящен выявлению  энергетических процессов у растений и животных. Майер считал, что  источником механических и тепловых эффектов в живом организме служат химические процессы, протекающие в нем в результате поглощения кислорода и пищи.

Он первым вполне определенно высказал мнение, что между жизнедеятельностью растений и солнечным светом должна существовать количественная связь, то есть принимал идею закона сохранения энергии к процессу фотосинтеза.

Живой организм – это открытая термодинамическая система, далекая  от состояния равновесия. В живой  системе независимо от того, целый  это организм или отдельные органы, работа не может совершиться за счет притока теплоты извне, то есть живой организм не может работать как тепловая машина. Это можно доказать простым расчетом. Так коэффициент полезного действия тепловой машины: КПД= , где Т1 и Т2 – соответственно температуры источника теплоты и холодильника в абсолютной шкале температур. Если определить температуру мышцы (Т₁), предполагая, что она работает как тепловая машина, при температуре 25^оС с КПД 30%, то подставляя в формулу температуру холодильника Т₂ = 298 К и, предполагая КПД = , получим

Откуда Т₁ = 447 К, или 174^оС. Таким образом, если бы мышца работала как тепловая машина, она нагрелась бы в этих условиях до температуры 174^оС. Но это невозможно, так как белки денатурируют при температуре около 50^оС. Таким образом, в живом организме работа совершается за счет изменения внутренней энергии системы.

С физической точки зрения питательные  и полезные вещества выполняют в  организме разные задачи. Полезные вещества необходимы для того, чтобы  питательные вещества полностью сгорали в организме и превращались в другие необходимые ему формы энергии.

Отсутствие в пище живых полезных веществ или нарушение их природного баланса приводит к уменьшению выработки  энергии клетками, а значит и к  заболеваниям, связанным с нарушением обмена веществ. Поэтому и борьба с подобными болезнями должна быть основана на увеличении выработки клетками энергии с помощью живых полезных веществ.

Организм предупреждает о недостатке энергии в клетках разными  способами: плохим состоянием кожи и  волос, упадком сил, депрессией, болезнями крови и внутренних органов. Однако, не понимая энергетической природы заболеваний, люди начинают избавляться от них методами, которые не добавляют организму энергии, а наоборот забирают ее. Такое «лечение» лишь провоцирует возникновение новых болезней и способствует их переходу в хроническую форму.

Гигантское количество биохимических  реакций во всех соматических клетках  тела взрослого человека направлено, в конечном итоге, на решение главной  задачи – обеспечение организма  энергией, которая может быть превращена в полезную работу. Когда в клетках достаточно энергии, то все остальное в них происходит автоматически, и организм становится полностью саморегулирующейся биологической системой, какой и должен быть по своей природе. Итак, главная задача организма – обеспечить себя энергией. Но организм может запасать энергию в разных формах. Например, накопление жира – это тоже способ запасание энергии, но в таком виде она не может быть легко преобразована в полезную работу¹⁰.

Наука термодинамика занимается исследованием общих закономерностей превращение энергии в системах с большим числом степеней свободы, в частности, в системах, состоящих из большого числа частиц – атомов, молекул, клеток. Поэтому выводы термодинамики, которые являются чисто логическим следствием ее основных положений, имеют общий характер. Термодинамика родилась из практической необходимости, и развивалась вместе с совершенствованием тепловых машин – двигателей, в которых энергия сгорающего топлива используется для совершения полезной работы. Первые образцы тепловых машин, созданные без участия науки, были весьма несовершенны – расходовали много топлива и производили очень мало полезной работы. Пример тому – первые паровозы с черным дымом из трубы и коэффициентом полезного действия 3%. Наука термодинамика позволила понять, как можно повысить эффективность тепловых машин и рационально использовать в них энергию топлива.

Многие говорят, что нельзя сравнивать организм человека с тепловой машиной, но с физической точки зрения они выполняются согласно одним и тем же термодинамическим законам преобразования энергии. Главное принципиальное отличие между ними состоит в том, что энергетическими процессами в тепловой машине можно искусственно управлять, а в клетках организма это сделать невозможно.

Вот почему жизнь и здоровье человека целиком находится в руках  природы: кроме нее никто не может  произвести систему энергоемких  веществ, а тем более сбалансировать ее так, как это требуется организму.

Довольно сложно с научной точки  зрения объяснить назначение и особенности системы энергоемких веществ в составе пищи. Именно эта сложность и является сегодня главной причиной непонимания того, что представляет собой полноценная пища, почему только с ее помощью можно избавиться от хронических болезней и заниматься их профилактикой, а также замедлять старение и сохранять жизненные силы даже в глубокой старости.

Четыре причины  старения организма, признанные современной  наукой:

1. Ограниченное число деление клеток;
2. Поперечная сшивка белков;
3. Разрушительное воздействие на организм свободных радикалов;
4. Хронические болезни.

В конечном счете, все эти факторы  связаны с недостатком в пище сбалансированного комплекса живых, биологически доступных для организма, энергоемких растительных веществ  и, уже как следствие этого – с понижением биоэнергетического потенциала клетки. Все явления в природе происходят за счет превращения энергий из одних ее форм в другие. Здоровье и болезни, как природные явления, не могут быть исключением¹¹.

В конечном счете, эволюция человека определялась количеством энергии, которую организм мог извлечь непосредственно из пиши, и направить ее на развитие головного мозга, а это целиком зависело от качества пищи.

Глава 7. Определение норм питания в зависимости от энергетических затрат человека

В данной главе будет проведен расчет энергетических затрат и определение калорийности рациона. Для проведения подсчета была использована таблица химического состава пищевых продуктов и их калорийности, закон сохранения в микромире, закон сохранения в биологических и химических реакциях. Главные задачи этих расчетов будут заключаться в следующем:

1. Определение энергетических затрат организма по задержке дыхания;
2. Рассчитать удельное энергопотребление мозга человека;
3. Рассчитать энергию, которая выделится в организме человека при полном окислении недельной нормы жиров и углеводов;
4. Составить пищевой рацион полдника;

Выполнение расчетов: