Текст книги "Возрастная физиология (физиологические особенности детей и подростков). Учебник для вузов"

Глава 8
Возрастные особенности обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии у детей имеет ряд существенных особенностей, связанных с высокой потребностью в энергии, бурным процессом увеличения массы тела, интенсивностью мышечной деятельности, особенностями химического состава тканей тела, недостаточным развитием нервно-гуморальных механизмов регуляции обменных процессов. Указанные особенности существенно сказываются на всех видах обменных процессов.

Особенности энергетического обмена

Для исследования обмена энергии у грудных детей пользуются методом прямой калориметрии. До 2–3 лет определить основной обмен у детей трудно, т. к. они часто едят, много спят, а во время бодрствования двигаются. Поэтому у маленьких детей определяют стандартный обмен энергии во время сна через 30–60 минут после кормления. Он близок к основному.

У новорожденного ребенка до 3-месячного возраста основной обмен ниже, чем у взрослого. Это связано с недостаточной функцией щитовидной железы в этот период, малой подвижностью ребенка. Затем основной обмен начинает увеличиваться, к 6-месячному возрасту приравнивается к уровню взрослого человека, а к 1 году значительно превышает его при расчете на вес тела и единицу поверхности. Увеличение основного обмена происходит до 2-летнего возраста, после чего постепенно снижается. Основной обмен на 1 кг веса составляет у новорожденного 38–42 ккал, в 2 года – 56–69 ккал, в 7 лет – 44 ккал, в 12 лет – 32 ккал. До наступления половой зрелости ОО у девочек выше, чем у мальчиков.

В процессе дальнейшего развития снижение интенсивности основного обмена продолжается, причем теперь уже в тесной связи с процессами полового созревания. На начальных стадиях полового созревания интенсивность метаболизма у подростков примерно на 30 % выше, чем у взрослых. Резкое снижение показателя начинается на III стадии, когда активируются гонады, и продолжается вплоть до наступления половой зрелости. Как известно, пубертатный скачок роста также совпадает с достижением III стадии полового созревания, т. е. и в этом случае сохраняется закономерность снижения интенсивности метаболизма в периоды наиболее интенсивного роста. Мальчики в своем развитии в этот период отстают от девочек примерно на 1 год. В строгом соответствии с этим фактом интенсивность обменных процессов у мальчиков всегда выше, чем у девочек того же календарного возраста. Различия эти невелики (10 %), но стабильны на протяжении всего периода полового созревания.

Возрастная динамика основного обмена. Хорошо известно, что у млекопитающих по мере возрастания массы тела интенсивность теплопродукции в расчете на единицу массы снижается; тогда как величина обмена, рассчитанная на единицу поверхности, остается постоянной («правило поверхности»). Удовлетворительного теоретического объяснения эти факты до сих пор не имеют, и поэтому для выражения связи между размерами тела и интенсивностью метаболизма пользуются эмпирическими формулами. Как указывают М. М. Безруких и соавт. (2002), для млекопитающих, включая и человека, в настоящее время чаще всего пользуются формулой М. Клайбера:

А = 67,7 · Р^0,75 ккал/сут,

где А – теплопродукция целого организма, а Р – масса тела.

Однако возрастные изменения основного обмена не всегда могут быть описаны с помощью этого уравнения. В течение первого года жизни теплопродукция не снижается, как это требовалось бы по уравнению М. Клайбера, а остается на одном уровне или даже несколько повышается. Лишь в годовалом возрасте достигается примерно та интенсивность обмена (55 ккал/кг. сут), которая полагается по уравнению Клайбера для организма массой 10 кг.

Обмен покоя (основной обмен) у детей школьного возраста. Измерить основной обмен можно только в клинике: для этого требуются особые условия. А вот обмен покоя можно измерить у каждого человека: достаточно, чтобы он был в состоянии натощак и несколько десятков минут находился в мышечном покое. Обмен покоя немного выше, чем основной обмен, но эта разница не принципиальна. Динамика возрастных изменений обмена покоя не сводится к простому понижению интенсивности метаболизма. Периоды, характеризующиеся быстрым снижением интенсивности обмена, сменяются возрастными интервалами, в которых обмен покоя стабилизируется.

При этом обнаруживается тесная связь между характером изменения интенсивности метаболизма и скоростью роста. Оказывается, чем больше относительная скорость роста, тем значительнее в этот период снижение интенсивности обмена покоя.

Девочки примерно на год опережают мальчиков по изменению темпов роста и интенсивности обмена. При этом обнаруживается тесная связь между интенсивностью обмена покоя и темпами роста детей в период полуростового скачка – от 4 до 7 лет. В этот же период начинается смена молочных зубов на постоянные, что также может служить одним из показателей морфофункционального созревания.

Основной особенностью обмена энергии у ребенка является его относительно высокая активность, причем энергия расходуется иначе, чем в организме взрослого. В частности, до 15 % общего расхода энергии идет на рост и накопление необходимых для жизни органических и неорганических веществ. С другой стороны, у ребенка меньше, чем у взрослого, энергии расходуется на мышечную работу, но относительно больше теряется ее с экскрементами. Лишь расход энергии на основной обмен у ребенка и взрослого составляет примерно одинаковый процент. Вместе тем величина основного обмена у ребенка выше, чем у взрослых, что обусловлено большей интенсивностью процессов окисления у ребенка. При этом необходимо учитывать, что величина ОО как на единицу веса, так и на поверхность тела у ребенка иная, чем у взрослых. Так, если у взрослого человека суточная величина энергозатрат составляет 23–24 ккал/кг и 900 ккал/ кв. м, то у новорожденного – соответственно 42 ккал/кг и 700 ккал/кв.м. У детей первого года в период реализации и закрепления позы стояния величина энергозатрат достигает 56–69 ккал/кг веса в сутки, т. е. в 2,5 раза больше, чем у взрослых.

Для обмена энергии у детей характерно то, что чем моложе ребенок, тем в меньшей степени повышается обмен под влиянием одной и той же мышечной работы. При голодании обмен у детей снижается сильнее, чем у взрослых. Педиатрам следует помнить, что при выраженном беспокойстве, крике у детей раннего возраста расход энергии может резко повыситься (иногда на 100–200 %).

Особенности белкового обмена

Вследствие того, что в организме ребенка происходит постоянное формирование клеток и тканей, потребность в белках у ребенка значительно выше, чем у взрослого, и тем выше, чем ребенок моложе и чем интенсивнее идет процесс рост. У детей грудного возраста она составляет 3–5 г/кг, у взрослых – 1,1–1,3 г/кг массы тела. Общее количество белка в суточном рационе в среднем составляет в 1–3 года – 55 г, в 4–6 лет – 72 г, в 7–9 лет – 89 г в 10–15 лет и далее – 100–106 г. При этом белки должны доставлять 10–15 % общего суточного количества калорий.

Энергичный рост, преобладание процессов синтеза над процессами распада находит свое выражение в том, что организм ребенка, в отличие от взрослого, обладает способностью накапливать белок. В связи с этим у детей не существует характерного для взрослых азотистого равновесия. За исключением первых двух-трех дней жизни у детей азотистый баланс является положительным, т. е. общее количество азота, выделяемого с мочой у детей, ниже количества азота, усвоенного из пищи. Наибольшая задержка белка наблюдается на первом году жизни, в период наиболее интенсивного нарастания массы тела (к 4–5 месяцам ребенок удваивает, а к году утраивает свой первоначальный вес).

Высокая белковая нагрузка повышает задержку азота у грудных детей только до известного уровня. После назначения детям более 5–6 г белка на 1 кг массы дальнейшее увеличение задержки азота прекращается. Оптимальная ретенция (задержка) азота у детей в возрасте до 1,5–3 лет наблюдается при суточной дозе 2,8–3 г. Избыток азота оказывает неблагоприятное действие, в частности, создает условия для развития метаболического ацидоза, компенсация которого происходит за счет мобилизации кальция и фосфора из костной ткани, в результате чего может нарушиться процесс формирования костей и становления статических функций.

Не менее опасна и противоположная ситуация – неудовлетворение высокой потребности организма ребенка в белке. При этом закономерно замедление или даже остановка развития и роста, резкое уменьшение веса тела, возникновение гипопротеинемии, отеков, падение содержания ферментов в пищеварительных соках, ослабление иммунологической реактивности и т. д.

Необходимо также учитывать, что для детского организма имеет значение не только количество, но и качество вводимых белков, поскольку дети особенно нуждаются в незаменимых аминокислотах. Для детей раннего возраста белки молока не служат источником энергии, т. к. в основном используются для биосинтеза собственных белков организма.

У детей, находящихся на грудном вскармливании, усваивается в среднем 91 % всего введенного с пищей азота, при смешанном вскармливании – 88 %, при искусственном – 82,5 %. Правильное развитие ребенка возможно только при условии поступления в организм оптимального количества полноценных белков. Вместе с тем необходимо помнить, что использование белков для пластических целей в организме ребенка возможно только при условии оптимального количества в пище жиров и углеводов и достаточной общей калорийности пищи. При низкой ее калорийности большая часть белков используется для удовлетворения энергетических потребностей. Следует помнить и о необходимости достаточного введения витаминов, являющихся коферментами белкового обмена.

Особенности углеводного обмена

Отличительные особенности обмена углеводов в организме ребенка обусловлены в первую очередь более высокой интенсивностью обмена и толерантностью к глюкозе.

В первые часы после рождения содержание сахара в крови ребенка такое же, как и в крови матери, но уже через несколько часов развивается гипогликемия (50–70 мг%), что связано с недостаточной ферментативной активностью печени. Однако гипогликемия не приносит вреда организму ребенка. Дело в том, что новорожденные, а особенно недоношенные, высокоустойчивы к гипогликемии, которая считается физиологической и сохраняется несколько недель. Если гипогликемия продолжается дольше, то это ведет к развитию кардиомегалии, обусловленной дополнительной работой сердца при нарушении энергетического обеспечения организма. Ведь за счет углеводов в грудном возрасте покрывается до 35 %, а в последующие года даже до 60 % всей калорийной потребности. Со временем содержание сахара в крови детей натощак постепенно возрастает, но лишь в пубертатном периоде достигает уровня, характерного для взрослых людей.

Потребность детского организма в углеводах значительно выше, чем у взрослого, т. к. углеводы выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию. Характерной особенностью углеводного обмена детей является высокая усвояемость вводимых в организм углеводов (98–99 %) независимо от способов вскармливания. Высокая усвояемость углеводов сочетается с резким ослаблением способности депонировать их, а также быстрой истощаемостью имеющихся депо.

В детском организме до трехмесячного возраста преобладают процессы первичного анаэробного (бескислородного) окисления углеводов – гликолиз. В дальнейшем до 9–11 лет повышается доля аэробного окисления, однако в 12 лет интенсивность гликолиза снова повышается.

Для полного удовлетворения потребности организма в углеводах в разные возрастные периоды требуется неодинаковое их количество. Так, в грудном возрасте на каждый килограмм веса необходимо в сутки 10–12 г углеводов, в возрасте 1–3 года – 193 г, в 4–7 лет – 287 г, в 8–13 лет – 370 г, в 14–17 лет – 470 г. Необходимо помнить, что избыток углеводов в пище ребенка, не сбалансированный с другими составными частями рациона, может привести к расстройствам фосфорно-кальциевого обмена, стать причиной развития рахита.

К особенностям углеводного обмена в детском возрасте относится сравнительно умеренная мобилизация внутренних углеводных ресурсов для поддержания необходимой энергии при выполнении физической нагрузки, в частности, у детей и подростков, выполняющих физические упражнения, наблюдается снижение сахара в крови, в то время как у взрослых выполнение тех же упражнений приводит к повышению его уровня.

Особенности жирового и липидного обмена

Жиры в организме ребенка выполняют энергетическую и пластическую функции, являясь абсолютно необходимым компонентом детского пищевого рациона. Наибольшая потребность в жирах отмечается у грудных детей. В первые 6 месяцев ребенок должен получать 6–7 г/кг в сутки, что покрывает около 50 % всей калорийной потребности. С возрастом потребность в жирах снижается, и одновременно падает доля жиров (до 30–40 %) в покрытии энергетической потребности.

Усвоение жиров у детей высокое: 96 % – при грудном вскармливании и около 90 % – при смешанном и искусственном.

У новорожденных отмечается низкое содержание холестерина в крови – 65 мг%, что примерно в 2 раза ниже, чем у взрослого. Почти в 2 раза ниже и коэффициент холестерин / фосфолипиды – 0,56 (у взрослого – 0,98). Потребность детского организма в холестерине очень велика, т. к. он необходим для построения клеточных и субклеточных мембран.

Основным энергетическим материалом в организме ребенка являются триглицериды, но для окисления жира требуется много углеводов. Если последних в пище мало, то у ребенка появляется значительное количество недоокисленных продуктов жирового обмена. Кормление же детей смесями, бедными жирами, приводит к недостатку в организме жирорастворимых витаминов.

У детей количество всосавшегося в кишечнике пищевого жира меньше, чем у взрослого, вследствие неполного расщепления жира.

У многих детей в возрасте от 2 до 10 лет, независимо от состава пищи, при перевозбуждении, переутомлении, перегревании и т. д. развивается кетоз (увеличенное содержание в крови недоокисленных продуктов жирового обмена).

Количество липоидов в крови в течение первых 4–6 недель быстро увеличивается, а затем нарастание происходит медленнее, вплоть до 11 лет, когда концентрация липоидов достигает уровня, характерного для взрослого человека (700 мг%). Часть жира, поступившего в организм ребенка, откладывается в жировых депо, которые относительно быстро истощаются, особенно в условиях распада жиров или при недостатке в пище углеводов.

Особенности водно-солевого обмена

Наиболее существенной особенностью водно-солевого обмена является его высокая интенсивность, лабильность, а также задержка жидкости и минеральных солей в организме ребенка (положительный водно-солевой обмен).

Формирование гомеостатических функций почек отражает их способность к сохранению водно-солевого баланса организма, который определяется количеством жидкости в различных средах, их ионным составом, осмолярностью и кислотно-щелочным равновесием. Наиболее распространенным и важным соединением в организме человека является вода. В водной среде осуществляются все химические, обменные и транспортные процессы, она служит универсальным растворителем продуктов питания и обмена. На долю жидкости приходится 58–80 % массы тела.

К моменту рождения ребенка содержание воды в его организме составляет 75–80 % его массы и зависит от степени зрелости. У недоношенных количество жидкости больше в связи с незрелостью регуляторных механизмов, повышенной гидрофильностью тканей и незначительным содержанием жира. С возрастом относительное количество ее уменьшается, особенно интенсивно в первые годы жизни. К 3–5 годам общее количество жидкости (в %) достигает уровня взрослого человека (табл. 1). С возрастом абсолютная потребность в воде увеличивается, а относительная уменьшается с 150–200 мл/кг у новорожденного до 40–50 мл/кг у взрослого.

Вода в организме находится в трех секторах: сосудистом (плазма крови), интерстициальном (межтканевая жидкость) и внутриклеточном (клеточная плазма). Распределение жидкости в них зависит от возраста (табл. 2). По мере развития организма относительный объем внеклеточной жидкости уменьшается главным образом за счет интерстициального пространства, а внутриклеточный сектор возрастает в основном благодаря увеличению количества клеток.

Несмотря на то, что в раннем возрасте на единицу массы тела приходится больше воды, детский организм существенно хуже взрослого противостоит потерям жидкости. Такое напряжение водного баланса в определенной степени связано с тем, что у детей интенсивность обмена веществ и площадь поверхности тела, приходящиеся на единицу массы, относительно больше, чем у взрослых. В результате этого потери воды через легкие и кожу у новорожденных в 2 раза превышают аналогичные потери у взрослых.

Таблица 1

Возрастные особенности содержания и распределения жидкости в организме (в % от массы тела) (по В. И. Махинько и др.)

Таблица 2

Общий баланс воды (в мл на 1 кг массы тела) у детей и взрослых, (по В. И. Махинько и др.)

С возрастом изменяется и количество жидкости, экскретируемой почками. Хотя абсолютная скорость мочеотделения увеличивается, однако в расчете на 1 кг массы тела (или другую стандартную величину) наблюдается снижение суточного диуреза с 110 мл/кг у новорожденных до 60–80 мл/кг в 2–3 года и 20–30 мл/кг у взрослых. На выведение одного и того же количества органических и неорганических веществ новорожденные дети затрачивают в 2–3 раза больше воды, чем взрослые. Именно это обстоятельство и диктует повышенную потребность ребенка в воде.

У детей по сравнению со взрослыми существенно выше суточный обмен воды. У новорожденных он составляет примерно половину объема внеклеточной жидкости (700 мл из 1400 мл), тогда как в зрелом возрасте – 1/7 (200 из 1400 мл). Кроме того, у детей фиксированный резерв жидкости весьма мал, вода более подвижна в связи с недоразвитием соединительной ткани. У новорожденных и грудных детей не развито чувство жажды, что также обусловливает их склонность к обезвоживанию.

В целом у детей водный обмен характеризуется высокой лабильностью и напряженностью, а при патологических состояниях происходит значительно быстрее, чем у взрослых, развиваются его нарушения.

Регуляция водно-солевого обмена. Поддержание осмотической концентрации, ионного состава и объема жидкостей внутренней среды организма обеспечивается деятельностью специальных нейрогормональных систем, в основе которых лежат осмо-, ионо– и волюморегулирующие рефлексы. Информационным звеном этих рефлексов являются специфические осмо-, иона– и волюморецепторы, широко представленные в организме человека. Особое значение имеют рецепторы, локализованные в кровеносных сосудах и ткани печени, поскольку они первыми улавливают отклонения физико-химических показателей крови при всасывании воды, солей и питательных веществ из желудочно-кишечного тракта. В управлении гомеостатической деятельностью почек участвуют гипоталамус, ретикулярная формация и кора больших полушарий. Активность почки регулируется двумя гормонами гипофиза – вазопрессином и окситоцином. Наряду с этими гипофизарными нейропептидами значительную роль в регуляции почечных процессов играют минерало– и глюкокортикоиды коры надпочечников, гормоны щитовидной и паращитовидной желез, катехоламины, инсулин, эпифизарные факторы, простагландины. В процессе онтогенеза происходит постепенное созревание различных элементов функциональной системы, регулирующей водно-солевой гомеостаз, благодаря чему увеличиваются резервные возможности организма по поддержанию водно-электролитного равновесия.

Морфофункциональное развитие почек происходит в течение длительного времени. Раньше всего возникает способность системы регулировать содержание воды в организме. Поэтому уже к 7 годам детский организм достаточно эффективно устраняет избыток воды и экономит жидкость при ее недостатке. Что же касается ионной регуляции, то она формируется только к 10–11 годам. При этом у детей одного и того же календарного возраста не всегда одинаковый уровень развития функций почек. То есть у разных детей-одногодок уровень развития гомеостатической системы может соответствовать более старшему или младшему возрасту.

Из-за незрелости регуляторных механизмов для детей грудного возраста характерны полиурия и гипостенурия. В то же время у новорожденного выделение воды из организма происходит с меньшей скоростью, чем у детей более старшего возраста. Так, новорожденный за 2 часа выводит только 10 % выпитой воды, тогда как трехмесячный за это же время удаляет всю полученную воду. Новорожденные дети не могут быстро удалить избыток соли, вследствие чего у них легко возникает нарушение осмотического равновесия, или вторичная задержка жидкости. Незрелость регуляторных механизмов, обеспечивающих водно-солевой гомеостаз, является причиной низкой устойчивости детей к любым ситуациям, сопровождающимся недостаточным поступлением воды в организм или ее избыточным выведением. Особенно плохо переносят дети обезвоживание при недостаточном введении жидкости на фоне относительно большой ее потери (при дыхании, потоотделении, выведении с каловыми массами и т. п.).

У ребенка значительно большее количество воды, чем у взрослых, выводится, минуя почки. Экстраренальные потери воды у ребенка зависят от различных факторов: волнения, общего беспокойства, крика, плача, изменения температуры, влажности и т. п. Все эти факторы увеличивают объем внепочечных потерь и тем самым нарушают равновесие воды между кровью и тканями.

Баланс минерального обмена у детей положительный, что связано с ростом организма и главным образом костной ткани. Особенно много задерживается солей фосфора, кальция, калия и натрия. Периоды повышенной задержки минеральных солей сменяются периодами усиленного их выведения. Потребность в минеральных солях на 1 кг массы с возрастом уменьшается. При рациональном и разнообразном питании потребность в минеральных веществах полностью покрывается за счет естественной пищи, добавлять необходимо только поваренную соль.

Нельзя недоучитывать и значение обмена микроэлементов (меди, цинка кобальта, магния, брома, фтора и др.). Хотя эти вещества требуются в ничтожно малых количествах, они играют важную биологическую роль. Грудной ребенок получает их только с молоком матери, в старших возрастных группах потребность в микроэлементах должна обеспечиваться за счет сбалансированного питания. Баланс микроэлементов в организме ребенка положительный, т. е. отмечается постоянная задержка их, что указывает на участие элементов в пластических процессах и депонировании.