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IGNOU BBCET-141 Solved Question Paper PDF
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IGNOU BBCET-141 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (क) निम्नलिखित को समझाइये : (i) पोषण (ii) Z-स्कोर (iii) प्रोटीन टर्नओवर (iv) न्यूट्रास्यूटिकल (ख) पोषक तत्व अन्तःग्रहण की अनुशंसाएँ क्या हैं ?
Ans.
(क) निम्नलिखित की व्याख्या:
(i) पोषण (Nutrition): पोषण वह विज्ञान है जो भोजन, पोषक तत्वों और अन्य पदार्थों की क्रिया, अंतःक्रिया और स्वास्थ्य एवं रोग के संबंध में संतुलन का अध्ययन करता है। इसमें भोजन का अंतर्ग्रहण, पाचन, अवशोषण, परिवहन, उपयोग और उत्सर्जन शामिल है। यह इस बात का भी अध्ययन करता है कि हमारा शरीर पोषक तत्वों का उपयोग ऊर्जा, वृद्धि, रखरखाव और ऊतकों की मरम्मत के लिए कैसे करता है। अच्छा पोषण एक स्वस्थ जीवन शैली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
(ii) Z-स्कोर (Z-score): पोषण संबंधी मानवमिति में, Z-स्कोर एक सांख्यिकीय माप है જે बताता है कि एक व्यक्ति का माप (जैसे ऊंचाई, वजन) एक संदर्भ आबादी के माध्य (औसत) से कितने मानक विचलन (standard deviations) दूर है। इसका उपयोग विशेष रूप से बच्चों में वृद्धि का आकलन करने के लिए किया जाता है, जैसे कि उम्र के अनुसार ऊंचाई, उम्र के अनुसार वजन, और ऊंचाई के अनुसार वजन। एक नकारात्मक Z-स्कोर (आमतौर पर -2 से नीचे) कुपोषण या वृद्धि में कमी का संकेत दे सकता है, जबकि एक सकारात्मक Z-स्कोर (आमतौर पर +2 से ऊपर) अधिक वजन या मोटापे का संकेत दे सकता है।
(iii) प्रोटीन टर्नओवर (Protein turnover): प्रोटीन टर्नओवर शरीर में प्रोटीन के संश्लेषण (एनाबॉलिज्म) और प्रोटीन के क्षरण (कैटाबॉलिज्म) की निरंतर और समकालिक प्रक्रिया है। शरीर की कोशिकाएं लगातार पुरानी या क्षतिग्रस्त प्रोटीनों को तोड़ती हैं और उनकी जगह नई प्रोटीन बनाती हैं। यह प्रक्रिया शरीर को चयापचय संबंधी परिवर्तनों के अनुकूल होने, ऊतकों की मरम्मत करने और एंजाइम, हार्मोन और अन्य महत्वपूर्ण प्रोटीनों की आपूर्ति बनाए रखने की अनुमति देती है। प्रोटीन टर्नओवर की दर विभिन्न ऊतकों में और शारीरिक स्थितियों (जैसे व्यायाम, बीमारी) के आधार पर भिन्न होती है।
(iv) न्यूट्रास्यूटिकल (Nutraceuticals): न्यूट्रास्यूटिकल एक ऐसा शब्द है जो “पोषण” (nutrition) और “फार्मास्युटिकल” (pharmaceutical) शब्दों से मिलकर बना है। यह उन खाद्य पदार्थों या खाद्य घटकों को संदर्भित करता है जो बीमारी की रोकथाम और उपचार सहित औषधीय या स्वास्थ्य लाभ प्रदान करते हैं। ये पृथक पोषक तत्व, आहार पूरक, हर्बल उत्पाद और प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थ हो सकते हैं। उदाहरणों में फोर्टिफाइड अनाज, प्रोबायोटिक दही और ओमेगा-3 फैटी एसिड कैप्सूल शामिल हैं। वे पारंपरिक खाद्य पदार्थों और दवाओं के बीच की खाई को पाटते हैं।
(ख) पोषक तत्व अन्तःग्रहण की अनुशंसाएँ: पोषक तत्व अन्तःग्रहण की अनुशंसाएँ मात्रात्मक अनुमान हैं जो स्वस्थ लोगों के समूहों में अच्छे स्वास्थ्य को बढ़ावा देने और कमी को रोकने के लिए आवश्यक पोषक तत्वों की मात्रा बताते हैं। इन्हें आहार संदर्भ अंतर्ग्रहण (Dietary Reference Intakes – DRIs) के रूप में जाना जाता है। मुख्य अनुशंसाएँ हैं:
- अनुशंसित आहार भत्ता (Recommended Dietary Allowance – RDA): लगभग सभी (97-98%) स्वस्थ व्यक्तियों की पोषक तत्वों की जरूरतों को पूरा करने के लिए औसत दैनिक अंतर्ग्रहण स्तर।
- अनुमानित औसत आवश्यकता (Estimated Average Requirement – EAR): एक विशेष जीवन स्तर और लिंग समूह में आधे स्वस्थ व्यक्तियों की अनुमानित पोषक तत्वों की आवश्यकता को पूरा करने वाला अंतर्ग्रहण स्तर। RDA की गणना EAR से की जाती है।
- पर्याप्त अंतर्ग्रहण (Adequate Intake – AI): जब RDA निर्धारित करने के लिए अपर्याप्त वैज्ञानिक प्रमाण होते हैं, तो AI की स्थापना की जाती है। यह स्वस्थ लोगों के समूह द्वारा उपभोग किए जाने वाले पोषक तत्व के औसत अंतर्ग्रहण पर आधारित है।
- सहनशील ऊपरी अंतर्ग्रहण स्तर (Tolerable Upper Intake Level – UL): अधिकतम दैनिक पोषक तत्व अंतर्ग्रहण जो अधिकांश व्यक्तियों में प्रतिकूल स्वास्थ्य प्रभाव का जोखिम पैदा करने की संभावना नहीं रखता है।
ये मान आयु, लिंग और जीवन स्तर (जैसे गर्भावस्था) के आधार पर भिन्न होते हैं और आहार योजना और मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण उपकरण हैं।
Q2. (क) एक उपयुक्त उदाहरण के साथ आधारी और विश्रांति उपापचय को समझाइए। (ख) अच्छा स्वास्थ्य बनाए रखने में आहारीय रेशों की भूमिका का वर्णन कीजिए।
Ans.
(क) आधारी और विश्रांति उपापचय:
आधारी उपापचय दर (Basal Metabolic Rate – BMR) ऊर्जा की वह न्यूनतम मात्रा है જે शरीर को पूर्ण शारीरिक और मानसिक विश्राम की स्थिति में, एक थर्मोन्यूट्रल (तापमान-तटस्थ) वातावरण में, और पाचन क्रिया पूरी होने के बाद (आमतौर पर 12-14 घंटे के उपवास के बाद) जीवित रहने के लिए आवश्यक होती है। यह ऊर्जा शरीर के महत्वपूर्ण कार्यों जैसे श्वास, रक्त परिसंचरण, शरीर के तापमान का रखरखाव, तंत्रिका गतिविधि और कोशिकाओं की मरम्मत के लिए उपयोग होती है। BMR को मापना बहुत प्रतिबंधात्मक होता है और आमतौर पर केवल नैदानिक या अनुसंधान सेटिंग्स में किया जाता है।
विश्रांति उपापचय दर (Resting Metabolic Rate – RMR) , जिसे विश्राम ऊर्जा व्यय (Resting Energy Expenditure – REE) भी कहा जाता है, BMR के समान है लेकिन इसे कम सख्त परिस्थितियों में मापा जाता है। व्यक्ति को उपवास रखने की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन माप के लिए 12-14 घंटे की सख्त अवधि आवश्यक नहीं है। RMR को आमतौर पर आराम से बैठने की स्थिति में मापा जाता है। इन कम कठोर परिस्थितियों के कारण, RMR का मान आमतौर पर BMR से 10-20% अधिक होता है। RMR मापना अधिक व्यावहारिक है।
उदाहरण: मान लीजिए, एक 30 वर्षीय, 70 किलोग्राम वजन और 175 सेमी लंबे पुरुष का BMR हैरिस-बेनेडिक्ट समीकरण का उपयोग करके अनुमानित किया जा सकता है: BMR = 88.362 + (13.397 × वजन किग्रा में) + (4.799 × ऊंचाई सेमी में) – (5.677 × आयु वर्षों में) BMR = 88.362 + (13.397 × 70) + (4.799 × 175) – (5.677 × 30) BMR = 88.362 + 937.79 + 839.825 – 170.31 BMR ≈ 1696 किलो कैलोरी/दिन इसका मतलब है कि इस व्यक्ति को पूर्ण आराम की स्थिति में अपने शरीर के बुनियादी कार्यों को बनाए रखने के लिए प्रति दिन लगभग 1696 किलो कैलोरी की आवश्यकता होती है। उसका RMR इससे थोड़ा अधिक, लगभग 1865 किलो कैलोरी/दिन हो सकता है।
(ख) आहारीय रेशों की भूमिका: आहारीय रेशे (Dietary fibers) पौधे आधारित खाद्य पदार्थों के अपाच्य कार्बोहाइड्रेट होते हैं। ये अच्छे स्वास्थ्य को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन्हें मुख्य रूप से दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: घुलनशील और अघुलनशील रेशे।
- पाचन स्वास्थ्य: अघुलनशील रेशे मल में भार जोड़ते हैं और आंतों के माध्यम से इसके पारगमन को तेज करते हैं, जिससे कब्ज को रोकने और नियमित मल त्याग को बढ़ावा देने में मदद मिलती है।
- हृदय स्वास्थ्य: घुलनशील रेशे , जैसे जई, जौ और फलियों में पाए जाने वाले, रक्त में निम्न-घनत्व वाले लिपोप्रोटीन (LDL) या “खराब” कोलेस्ट्रॉल के स्तर को कम करने में मदद कर सकते हैं। यह आंत में पित्त अम्लों से बंधकर और उनके उत्सर्जन को बढ़ावा देकर ऐसा करता है, जिससे शरीर कोलेस्ट्रॉल का उपयोग करके अधिक पित्त अम्ल बनाता है।
- रक्त शर्करा नियंत्रण: घुलनशील रेशे पेट के खाली होने की प्रक्रिया को धीमा कर सकते हैं और रक्तप्रवाह में शर्करा के अवशोषण को धीमा कर सकते हैं। यह भोजन के बाद रक्त शर्करा में तेज वृद्धि को रोकने में मदद करता है, जो मधुमेह वाले व्यक्तियों के लिए विशेष रूप से फायदेमंद है।
- वजन प्रबंधन: रेशेदार खाद्य पदार्थ अधिक चबाने की आवश्यकता पैदा करते हैं, जिससे खाने की दर धीमी हो जाती है। वे पेट में फूलकर तृप्ति (पेट भरा होने का एहसास) की भावना को भी बढ़ाते हैं, जिससे कुल कैलोरी की खपत कम हो सकती है।
- आंत माइक्रोबायोम: कुछ घुलनशील रेशे प्रीबायोटिक्स के रूप में कार्य करते हैं, जो बृहदान्त्र में लाभकारी आंत बैक्टीरिया के लिए भोजन प्रदान करते हैं। ये बैक्टीरिया इन रेशों को किण्वित करके शॉर्ट-चेन फैटी एसिड (SCFAs) जैसे कि ब्यूटाइरेट का उत्पादन करते हैं, जो बृहदान्त्र की कोशिकाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत है और इसमें सूजन-रोधी गुण होते हैं।
इसलिए, फलों, सब्जियों, साबुत अनाज और फलियों से भरपूर आहार अच्छे समग्र स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।
Q3. (क) दो अनिवार्य वसीय अम्लों के नाम लिखिए और उनके जैवरासायनिक कार्य समझाइए। (ख) प्रोटीन की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए प्रयोग होने वाले मापदण्डों का वर्णन कीजिए।
Ans.
(क) दो अनिवार्य वसीय अम्ल और उनके जैवरासायनिक कार्य:
अनिवार्य वसीय अम्ल (Essential Fatty Acids – EFAs) पॉलीअनसेचुरेटेड वसा हैं जिन्हें शरीर स्वयं संश्लेषित नहीं कर सकता है और इसलिए इन्हें आहार से प्राप्त किया जाना चाहिए। दो प्राथमिक अनिवार्य वसीय अम्ल हैं:
1. लिनोलिक एसिड (Linoleic Acid – LA): यह एक ओमेगा-6 फैटी एसिड है। 2. अल्फा-लिनोलेनिक एसिड (Alpha-Linolenic Acid – ALA): यह एक ओमेगा-3 फैटी एसिड है।
जैवरासायनिक कार्य:
- कोशिका झिल्ली की संरचना: LA और ALA दोनों कोशिका झिल्ली के फॉस्फोलिपिड्स के महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक हैं। वे झिल्ली की तरलता और पारगम्यता को प्रभावित करते हैं, जो झिल्ली-बद्ध एंजाइमों और रिसेप्टर्स के कार्य के लिए महत्वपूर्ण है।
- इकोसैनोइड्स के अग्रदूत (Precursors to Eicosanoids):
- लिनोलिक एसिड (LA) को एराकिडोनिक एसिड (Arachidonic Acid – AA) में परिवर्तित किया जाता है। AA प्रो-इंफ्लेमेटरी (सूजन को बढ़ावा देने वाले) इकोसैनोइड्स जैसे प्रोस्टाग्लैंडिंस (PGE2) और ल्यूकोट्रिएन्स का अग्रदूत है, जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया और रक्त के थक्के जमने में भूमिका निभाते हैं।
- अल्फा-लिनोलेनिक एसिड (ALA) को इकोसापेंटेनोइक एसिड (Eicosapentaenoic Acid – EPA) और डोकोसाहेक्सैनोइक एसिड (Docosahexaenoic Acid – DHA) में परिवर्तित किया जा सकता है। EPA कम सूजनकारी या सूजन-रोधी इकोसैनोइड्स (जैसे PGE3) का उत्पादन करता है, जो AA-व्युत्पन्न इकोसैनोइड्स के प्रभावों का मुकाबला करते हैं।
- मस्तिष्क का विकास और कार्य: DHA, जो ALA से बनता है, मस्तिष्क और रेटिना में विशेष रूप से प्रचुर मात्रा में होता है। यह तंत्रिका विकास, सिनैप्टिक कार्य और दृष्टि के लिए महत्वपूर्ण है।
- जीन अभिव्यक्ति का विनियमन: ये वसीय अम्ल और उनके डेरिवेटिव परमाणु रिसेप्टर्स (जैसे PPARs) से बंध सकते हैं और लिपिड और कार्बोहाइड्रेट चयापचय में शामिल जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित कर सकते हैं।
ओमेगा-6 और ओमेगा-3 वसीय अम्लों का संतुलित अनुपात स्वास्थ्य के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सूजन प्रतिक्रियाओं के संतुलन को प्रभावित करता है।
(ख) प्रोटीन की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए मापदण्ड: प्रोटीन की गुणवत्ता इस बात का माप है कि आहार प्रोटीन शरीर की अमीनो एसिड और नाइट्रोजन आवश्यकताओं को कितनी अच्छी तरह पूरा करता है। इसका आकलन करने के लिए कई मापदंडों का उपयोग किया जाता है:
- प्रोटीन दक्षता अनुपात (Protein Efficiency Ratio – PER): यह सबसे सरल तरीकों में से एक है। इसे एक परीक्षण प्रोटीन का सेवन करने वाले युवा, बढ़ते जानवरों के वजन में वृद्धि को प्रति ग्राम प्रोटीन की खपत से विभाजित करके मापा जाता है। PER = शरीर के वजन में वृद्धि (ग्राम) / प्रोटीन की खपत (ग्राम) इसका उपयोग ऐतिहासिक रूप से किया गया है लेकिन यह मानव आवश्यकताओं को पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करता है।
- जैविक मान (Biological Value – BV): यह अवशोषित नाइट्रोजन का वह प्रतिशत है જે शरीर द्वारा वृद्धि और रखरखाव के लिए बनाए रखा जाता है। यह प्रोटीन के अमीनो एसिड प्रोफाइल की तुलना शरीर के ऊतकों के प्रोफाइल से करता है। BV = (बनाए रखा गया नाइट्रोजन / अवशोषित नाइट्रोजन) × 100 एक उच्च BV इंगित करता है कि प्रोटीन में शरीर की जरूरतों के करीब अमीनो एसिड का अनुपात है। अंडे का BV उच्चतम (100) होता है।
- शुद्ध प्रोटीन उपयोग (Net Protein Utilization – NPU): NPU, BV के समान है, लेकिन यह प्रोटीन की पाचनशक्ति को بھی ध्यान में रखता है। यह उपभोग किए गए नाइट्रोजन के उस प्रतिशत को मापता है जिसे शरीर बनाए रखता है। NPU = (बनाए रखा गया नाइट्रोजन / उपभोग किया गया नाइट्रोजन) × 100 NPU = BV × पाचनशक्ति गुणांक।
- प्रोटीन पाचनशक्ति संशोधित अमीनो एसिड स्कोर (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score – PDCAAS): यह वर्तमान में FAO/WHO द्वारा अनुशंसित मानक विधि है। यह दो कारकों पर आधारित है:
- अमीनो एसिड स्कोर: परीक्षण प्रोटीन में प्रत्येक अनिवार्य अमीनो एसिड की मात्रा की तुलना एक संदर्भ प्रोटीन (आमतौर पर पूर्व-स्कूली बच्चे की आवश्यकताओं पर आधारित) से की जाती है। सबसे कम अनुपात वाला अमीनो एसिड “सीमित अमीनो एसिड” होता है और स्कोर निर्धारित करता है।
- मल पाचनशक्ति: प्रोटीन की पाचनशक्ति का प्रतिशत।
PDCAAS = अमीनो एसिड स्कोर × मल पाचनशक्ति %
स्कोर 0 से 1.0 तक होता है, जिसमें 1.0 उच्चतम गुणवत्ता वाला प्रोटीन (जैसे कैसिइन, अंडा) होता है।
Q4. निम्नलिखित विटामिनों के जैवरासायनिक कार्य, RDA मान और कमी से होने वाले रोगों के बारे में लिखिए : (क) नियासिन (ख) फोलिक अम्ल (ग) विटामिन K (घ) विटामिन D
Ans.
(क) नियासिन (विटामिन B3)
- जैवरासायनिक कार्य: नियासिन दो महत्वपूर्ण कोएंजाइमों, निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (NAD+) और निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड फॉस्फेट (NADP+) का एक घटक है। ये कोएंजाइम शरीर में 200 से अधिक एंजाइमों के लिए आवश्यक हैं जो रेडॉक्स (ऑक्सीकरण-अपचयन) प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। वे कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन के चयापचय के माध्यम से ऊर्जा उत्पादन (ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स चक्र), साथ ही फैटी एसिड और स्टेरॉयड के संश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
- RDA मान: वयस्क पुरुषों के लिए 16 मिलीग्राम नियासिन समकक्ष (NE)/दिन और वयस्क महिलाओं के लिए 14 मिलीग्राम NE/दिन।
- कमी से होने वाला रोग: नियासिन की गंभीर कमी से पेलाग्रा (Pellagra) नामक रोग होता है, जिसे “3-डी” (3-D’s) रोग के रूप में जाना जाता है:
- डर्मेटाइटिस (Dermatitis): त्वचा पर सममित दाने, विशेष रूप से सूर्य के संपर्क में आने वाले क्षेत्रों पर।
- डायरिया (Diarrhea): जठरांत्र संबंधी गड़बड़ी।
- डिमेंशिया (Dementia): न्यूरोलॉजिकल लक्षण जैसे भ्रम, स्मृति हानि और अवसाद।
यदि उपचार न किया जाए तो यह घातक हो सकता है (“चौथा डी” – मृत्यु)।
(ख) फोलिक अम्ल (विटामिन B9)
- जैवरासायनिक कार्य: फोलिक एसिड अपने सक्रिय रूप, टेट्राहाइड्रोफोलेट (THF) में, एक-कार्बन चयापचय में एक कोएंजाइम के रूप में कार्य करता है। यह एक-कार्बन इकाइयों (जैसे मिथाइल, फॉर्मिल) के हस्तांतरण के लिए महत्वपूर्ण है। यह प्रक्रिया निम्नलिखित के लिए आवश्यक है:
- डीएनए संश्लेषण और मरम्मत: प्यूरीन और पाइरीमिडीन (थाइमिडिलेट) के संश्लेषण के लिए आवश्यक।
- अमीनो एसिड चयापचय: मेथियोनीन का होमोसिस्टीन से पुनर्जनन और सेरीन और ग्लाइसिन का अंतःरूपांतरण।
- RDA मान: वयस्कों के लिए 400 माइक्रोग्राम (mcg) आहार फोलेट समकक्ष (DFE)/दिन। गर्भवती महिलाओं के लिए यह बढ़कर 600 mcg DFE/दिन हो जाता है।
- कमी से होने वाला रोग: फोलिक एसिड की कमी से मेगालोब्लास्टिक एनीमिया (Megaloblastic Anemia) होता है, जिसमें अस्थि मज्जा में बड़ी, अपरिपक्व लाल रक्त कोशिकाएं (मेगालोब्लास्ट) बनती हैं। गर्भावस्था के दौरान कमी से भ्रूण में न्यूरल ट्यूब दोष (Neural Tube Defects) , जैसे स्पाइना बिफिडा, हो सकता है।
(ग) विटामिन K
- जैवरासायनिक कार्य: विटामिन K रक्त के थक्के जमने की प्रक्रिया में शामिल कुछ प्रोटीनों के पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन के लिए एक कोएंजाइम के रूप में कार्य करता है। यह एंजाइम गामा-ग्लूटामिल कार्बोक्सिलेज के लिए एक सहकारक है, जो रक्त के थक्के जमने वाले कारकों (Factors II, VII, IX, X) और प्रोटीन C और S में ग्लूटामेट अवशेषों को गामा-कार्बोक्सीग्लूटामेट (Gla) में परिवर्तित करता है। ये Gla अवशेष कैल्शियम आयनों से बंधते हैं, जो थक्के जमने की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है। यह हड्डी के चयापचय में भी भूमिका निभाता है।
- RDA मान (AI के रूप में): वयस्क पुरुषों के लिए लगभग 120 माइक्रोग्राम/दिन और वयस्क महिलाओं के लिए 90 माइक्रोग्राम/दिन।
- कमी से होने वाला रोग: विटामिन K की कमी से रक्त के थक्के जमने की प्रक्रिया बाधित होती है, जिससे रक्तस्राव (hemorrhage) का खतरा बढ़ जाता है। लक्षणों में आसानी से चोट लगना, नाक से खून आना, और गंभीर मामलों में अनियंत्रित रक्तस्राव शामिल हैं। नवजात शिशुओं में यह विशेष रूप से आम है, जिसे ‘नवजात का रक्तस्रावी रोग’ कहा जाता है।
(घ) विटामिन D
- जैवरासायनिक कार्य: विटामिन D एक प्रो-हार्मोन के रूप में कार्य करता है जो शरीर में कैल्शियम और फॉस्फेट के संतुलन को नियंत्रित करता है। सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने पर त्वचा में इसका संश्लेषण होता है और फिर यकृत और गुर्दे में इसके सक्रिय रूप, कैल्सिट्रिऑल (1,25-डाइहाइड्रॉक्सीविटामिन D) में परिवर्तित हो जाता है। कैल्सिट्रिऑल:
- आंत में कैल्शियम और फॉस्फोरस के अवशोषण को बढ़ाता है।
- गुर्दे द्वारा कैल्शियम के पुन: अवशोषण को बढ़ाता है।
- पैराथाइरॉइड हार्मोन (PTH) के साथ मिलकर हड्डी से कैल्शियम को गतिशील करता है ताकि रक्त कैल्शियम का स्तर बनाए रखा जा सके।
- RDA मान: 1-70 वर्ष की आयु के व्यक्तियों के लिए 15 माइक्रोग्राम (600 IU)/दिन।
- कमी से होने वाला रोग: विटामिन D की कमी से हड्डियों का अपर्याप्त खनिजीकरण होता है। बच्चों में, यह रिकेट्स (Rickets) का कारण बनता है, जिसकी विशेषता नरम, कमजोर हड्डियां और कंकालीय विकृतियां (जैसे झुके हुए पैर) हैं। वयस्कों में, यह ऑस्टियोमलेशिया (Osteomalacia) का कारण बनता है, जिसमें हड्डियां नरम हो जाती हैं, जिससे हड्डी में दर्द और फ्रैक्चर का खतरा बढ़ जाता है।
Q5. (क) अत्यधिक शराब के सेवन के परिणामस्वरूप लेश पोषण तत्वों की हीनता किस प्रकार होती है ? (ख) निम्नलिखित में से किन्हीं दो के जैवरासायनिक महत्व, आहारीय स्रोत और कमी से होने वाले लक्षणों के विषय में लिखिए : (i) सोडियम (ii) मैग्नीशियम (iii) जिंक (iv) सेलेनियम
Ans.
(क) अत्यधिक शराब के सेवन से सूक्ष्म पोषक तत्वों की कमी:
अत्यधिक और लंबे समय तक शराब का सेवन कई सूक्ष्म पोषक तत्वों (विटामिन और खनिज) की कमी का कारण बन सकता है। यह कई तंत्रों के माध्यम से होता है:
- अपर्याप्त पोषक तत्व अंतर्ग्रहण: शराब “खाली कैलोरी” प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि इसमें ऊर्जा तो होती है लेकिन आवश्यक पोषक तत्व नहीं होते हैं। शराबी व्यक्ति अक्सर अपनी कैलोरी की जरूरतों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा शराब से पूरा करते हैं, जिससे पोषक तत्वों से भरपूर खाद्य पदार्थों का सेवन कम हो जाता है। इससे विटामिन (विशेष रूप से थियामिन, फोलेट, विटामिन B6) और खनिजों का सेवन कम हो जाता है।
- बिगड़ा हुआ पाचन और अवशोषण: शराब जठरांत्र (Gastrointestinal – GI) पथ की परत को नुकसान पहुंचा सकती है। यह पेट में एसिड के उत्पादन को बदल सकता है और छोटी आंत के विलाई को नुकसान पहुंचा सकता है, जिससे पोषक तत्वों के पाचन और अवशोषण की दक्षता कम हो जाती है। थियामिन (विटामिन B1), फोलिक एसिड, विटामिन B12, वसा में घुलनशील विटामिन (A, D, E, K), और जिंक और कैल्शियम जैसे खनिजों का अवशोषण विशेष रूप से प्रभावित होता है।
- बिगड़ा हुआ पोषक तत्व चयापचय और भंडारण: यकृत पोषक तत्वों के चयापचय, सक्रियण और भंडारण में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है। पुरानी शराब का सेवन यकृत को नुकसान पहुंचा सकता है (जैसे फैटी लीवर, अल्कोहलिक हेपेटाइटिस, सिरोसिस), जिससे विटामिन को उनके सक्रिय रूपों में परिवर्तित करने की क्षमता कम हो जाती है (उदाहरण के लिए, विटामिन डी का सक्रियण)। यह विटामिन ए जैसे विटामिनों के भंडारण को भी बाधित करता है।
- बढ़ी हुई पोषक तत्व हानि: शराब एक मूत्रवर्धक (diuretic) है, जिसका अर्थ है कि यह मूत्र उत्पादन को बढ़ाता है। इससे मैग्नीशियम, जिंक, पोटेशियम और कैल्शियम जैसे खनिजों का मूत्र के माध्यम से उत्सर्जन बढ़ जाता है। इससे फोलेट जैसे पानी में घुलनशील विटामिनों की भी हानि हो सकती है।
इन संयुक्त प्रभावों के परिणामस्वरूप, शराबियों में अक्सर थियामिन की कमी (जिससे वर्निक-कोर्साकॉफ सिंड्रोम हो सकता है), फोलेट की कमी (मेगालोब्लास्टिक एनीमिया), विटामिन बी6 की कमी, और मैग्नीशियम व जिंक की कमी आम है।
(ख) निम्नलिखित में से दो का विवरण:
(ii) मैग्नीशियम (Magnesium)
- जैवरासायनिक महत्व: मैग्नीशियम शरीर में 300 से अधिक एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक आवश्यक सहकारक (cofactor) है। यह उन प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण है जिनमें एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) शामिल है, क्योंकि यह ATP को स्थिर करता है। इसके मुख्य कार्यों में शामिल हैं: ऊर्जा चयापचय (ग्लाइकोलाइसिस), प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड (डीएनए और आरएनए) का संश्लेषण, तंत्रिका आवेग संचरण, मांसपेशियों का संकुचन और विश्राम, और रक्तचाप का विनियमन।
- आहारीय स्रोत: मैग्नीशियम के अच्छे स्रोतों में हरी पत्तेदार सब्जियां (क्लोरोफिल अणु का एक घटक), मेवे (बादाम, काजू), बीज (कद्दू के बीज), फलियां, साबुत अनाज और डार्क चॉकलेट शामिल हैं।
- कमी के लक्षण: मैग्नीशियम की कमी के शुरुआती लक्षणों में भूख न लगना, मतली, उल्टी, थकान और कमजोरी शामिल हो सकती है। जैसे-जैसे कमी बढ़ती है, अधिक गंभीर लक्षण प्रकट हो सकते हैं, जैसे सुन्नता, झुनझुनी, मांसपेशियों में ऐंठन, दौरे, हृदय की लय में असामान्यताएं (arrhythmias), और व्यक्तित्व में परिवर्तन।
(iii) जिंक (Zinc)
- जैवरासायनिक महत्व: जिंक 100 से अधिक एंजाइमों के लिए एक उत्प्रेरक और संरचनात्मक घटक के रूप में कार्य करता है। यह प्रतिरक्षा कार्य, प्रोटीन संश्लेषण, घाव भरने, डीएनए संश्लेषण और कोशिका विभाजन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जिंक स्वाद और गंध की उचित भावना के लिए भी आवश्यक है। यह एंजाइमों जैसे कार्बोनिक एनहाइड्रेज, एल्कोहल डिहाइड्रोजनेज और क्षारीय फॉस्फेटेज का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह जिंक-फिंगर प्रोटीन के माध्यम से जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करने में भी शामिल है।
- आहारीय स्रोत: जिंक के समृद्ध स्रोतों में सीप (oysters), लाल मांस, मुर्गी, बीन्स, नट्स, केकड़ा, लॉबस्टर और साबुत अनाज शामिल हैं। पौधे-आधारित स्रोतों में मौजूद फाइटेट्स जिंक के अवशोषण को कम कर सकते हैं।
- कमी के लक्षण: जिंक की कमी के लक्षणों में वृद्धि मंदता, भूख में कमी और प्रतिरक्षा कार्य में कमी शामिल है। गंभीर मामलों में, यह बालों के झड़ने, दस्त, यौन परिपक्वता में देरी, नपुंसकता, आंखों और त्वचा के घावों और वजन घटाने का कारण बन सकता है। स्वाद और गंध की हानि भी एक सामान्य लक्षण है।
Q6. (क) हृदयवाहिका रोगों के जोखिम कारकों की चर्चा कीजिए। (ख) विटामिन B12 की संरचनात्मक विशेषताओं और कार्यों का वर्णन कीजिए।
Ans.
(क) हृदयवाहिका रोगों (Cardiovascular Diseases – CVD) के जोखिम कारक:
हृदयवाहिका रोग (CVD) हृदय और रक्त वाहिकाओं को प्रभावित करने वाली स्थितियों का एक समूह है, जिसमें कोरोनरी धमनी रोग, दिल का दौरा, स्ट्रोक और उच्च रक्तचाप शामिल हैं। इनके जोखिम कारकों को दो मुख्य श्रेणियों में बांटा जा सकता है: गैर-परिवर्तनीय और परिवर्तनीय।
1. गैर-परिवर्तनीय जोखिम कारक (Non-modifiable Risk Factors): इन्हें बदला नहीं जा सकता।
- आयु: CVD का खतरा उम्र के साथ बढ़ता है।
- लिंग: पुरुषों में आमतौर पर महिलाओं की तुलना में कम उम्र में CVD विकसित होने का खतरा अधिक होता है। हालांकि, रजोनिवृत्ति के बाद महिलाओं का खतरा बढ़ जाता है।
- पारिवारिक इतिहास/आनुवंशिकी: यदि किसी करीबी रिश्तेदार (जैसे माता-पिता या भाई-बहन) को कम उम्र में हृदय रोग हुआ हो तो जोखिम बढ़ जाता है।
2. परिवर्तनीय जोखिम कारक (Modifiable Risk Factors): इन्हें जीवनशैली में बदलाव या चिकित्सा उपचार के माध्यम से नियंत्रित या संशोधित किया जा सकता है।
- उच्च रक्तचाप (Hypertension): यह CVD के लिए सबसे महत्वपूर्ण जोखिम कारकों में से एक है। यह धमनियों पर अतिरिक्त दबाव डालता है, जिससे वे क्षतिग्रस्त हो सकती हैं।
- असामान्य रक्त लिपिड (Dyslipidemia): इसमें उच्च एलडीएल (“खराब”) कोलेस्ट्रॉल, कम एचडीएल (“अच्छा”) कोलेस्ट्रॉल, और उच्च ट्राइग्लिसराइड्स शामिल हैं। एलडीएल कोलेस्ट्रॉल धमनियों (एथेरोस्क्लेरोसिस) में प्लाक के निर्माण में योगदान देता है।
- तंबाकू का उपयोग: धूम्रपान रक्त वाहिकाओं को नुकसान पहुंचाता है, रक्तचाप बढ़ाता है, रक्त के थक्के जमने की प्रवृत्ति को बढ़ाता है, और एचडीएल कोलेस्ट्रॉल को कम करता है।
- शारीरिक निष्क्रियता: नियमित व्यायाम की कमी मोटापे, उच्च रक्तचाप, और असामान्य लिपिड प्रोफाइल में योगदान करती है।
- मोटापा (Obesity): विशेष रूप से पेट का मोटापा, उच्च रक्तचाप, मधुमेह और डिस्लिपिडेमिया से जुड़ा हुआ है, जो सभी CVD के जोखिम को बढ़ाते हैं।
- मधुमेह (Diabetes Mellitus): उच्च रक्त शर्करा का स्तर रक्त वाहिकाओं को नुकसान पहुंचा सकता है और एथेरोस्क्लेरोसिस को तेज कर सकता है।
- अस्वास्थ्यकर आहार: संतृप्त और ट्रांस वसा, कोलेस्ट्रॉल, सोडियम और अतिरिक्त चीनी में उच्च आहार CVD के जोखिम कारकों में योगदान करता है। फलों, सब्जियों और साबुत अनाज में कम आहार भी एक जोखिम है।
- अत्यधिक शराब का सेवन: यह रक्तचाप, ट्राइग्लिसराइड्स को बढ़ा सकता है और हृदय की मांसपेशियों को नुकसान पहुंचा सकता है।
इन परिवर्तनीय जोखिम कारकों को प्रबंधित करना CVD की रोकथाम और उपचार की आधारशिला है।
(ख) विटामिन B12 (कोबालामिन) की संरचनात्मक विशेषताएं और कार्य:
संरचनात्मक विशेषताएं: विटामिन B12, जिसे कोबालामिन (Cobalamin) भी कहा जाता है, सभी विटामिनों में सबसे बड़ी और सबसे जटिल संरचना वाला है। इसकी अनूठी संरचनात्मक विशेषताओं में शामिल हैं:
- कोरिन रिंग प्रणाली (Corrin Ring System): हीम में पाए जाने वाले पोर्फिरिन रिंग के समान, लेकिन थोड़ी भिन्न, एक कोरिन रिंग होती है।
- केंद्रीय कोबाल्ट आयन: कोरिन रिंग के केंद्र में एक कोबाल्ट (Co) आयन होता है, जो विटामिन B12 को अद्वितीय बनाता है क्योंकि यह एकमात्र विटामिन है जिसमें एक धातु तत्व होता है।
- विभिन्न लिगेंड: कोबाल्ट आयन कोरिन रिंग के चार नाइट्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। दो अतिरिक्त अक्षीय लिगेंड भी जुड़े होते हैं:
- एक “निचला” लिगेंड, जो आमतौर पर 5,6-डाइमिथाइलबेंज़िमिडाज़ोल होता है, जो राइबोस और फॉस्फेट समूह के माध्यम से कोरिन रिंग से जुड़ा होता है।
- एक “ऊपरी” (या R) लिगेंड, जो कोबाल्ट से सीधे जुड़ा होता है। यह समूह भिन्न हो सकता है, जिससे विभिन्न प्रकार के कोबालामिन बनते हैं, जैसे कि सायनोकोबालामिन (-CN समूह, पूरक में पाया जाता है), हाइड्रॉक्सीकोबालामिन (-OH समूह), मिथाइलकोबालामिन (-CH3 समूह, एक सक्रिय कोएंजाइम रूप), और एडिनोसिलकोबालामिन (-Ado समूह, दूसरा सक्रिय कोएंजाइम रूप)।
कार्य: मानव शरीर में, विटामिन B12 दो आवश्यक एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक कोएंजाइम के रूप में कार्य करता है:
- मेथियोनीन सिंथेज (Methionine Synthase) के लिए कोएंजाइम: मिथाइलकोबालामिन इस एंजाइम के लिए सहकारक है। यह प्रतिक्रिया होमोसिस्टीन से मेथियोनीन के पुनर्जनन को उत्प्रेरित करती है। इस प्रक्रिया में, मिथाइलकोबालामिन मिथाइलटेट्राहाइड्रोफोलेट से एक मिथाइल समूह को स्वीकार करता है और इसे होमोसिस्टीन में स्थानांतरित करता है। यह प्रतिक्रिया फोलेट चयापचय से निकटता से जुड़ी हुई है और डीएनए संश्लेषण और कोशिका विभाजन के लिए महत्वपूर्ण है। इसकी कमी से होमोसिस्टीन का संचय और मेगालोब्लास्टिक एनीमिया होता है।
- मिथाइलमैलोनिल-कोए म्यूटेस (Methylmalonyl-CoA Mutase) के लिए कोएंजाइम: एडिनोसिलकोबालामिन इस एंजाइम के लिए सहकारक है। यह प्रतिक्रिया विषम-श्रृंखला वाले फैटी एसिड और कुछ अमीनो एसिड (जैसे वेलिन, आइसोल्यूसीन) के चयापचय में एक महत्वपूर्ण चरण है। यह एल-मिथाइलमैलोनिल-कोए को सक्सीनिल-कोए में परिवर्तित करता है, जो फिर क्रेब्स चक्र में प्रवेश कर सकता है। इस एंजाइम की कमी से मिथाइलमैलोनिक एसिड का संचय होता है, जो न्यूरोलॉजिकल क्षति का कारण बन सकता है जो B12 की कमी में देखा जाता है।
Q7. निम्नलिखित में से किन्हीं दो पर संक्षिप्त टिप्पणियाँ लिखिए : (क) माइकोटॉक्सिन (ख) खाद्य योगज और मिलावटी पदार्थ (ग) रक्त शर्करा विनियमन में पैंक्रियाज की भूमिका
Ans.
(क) माइकोटॉक्सिन (Mycotoxins)
माइकोटॉक्सिन कवक (फफूंद) द्वारा उत्पादित विषाक्त द्वितीयक मेटाबोलाइट्स होते हैं जो मनुष्यों और जानवरों के लिए जहरीले होते हैं। ये फफूंद फसल की कटाई से पहले, कटाई के दौरान या भंडारण के दौरान खाद्य पदार्थों को दूषित कर सकते हैं। माइकोटॉक्सिन का उत्पादन करने वाले सामान्य फफूंद में एस्परगिलस (Aspergillus) , पेनिसिलियम (Penicillium) और फ्यूजेरियम (Fusarium) शामिल हैं।
ये विषाक्त पदार्थ मक्का, अनाज, मूंगफली, मेवे और मसालों जैसे खाद्य पदार्थों में पाए जा सकते हैं। माइकोटॉक्सिन से दूषित भोजन का सेवन करने से माइकोटॉक्सिकोसिस नामक बीमारी हो सकती है। प्रभाव माइकोटॉक्सिन के प्रकार, सेवन की मात्रा और व्यक्ति के स्वास्थ्य और उम्र के आधार पर भिन्न होते हैं।
कुछ महत्वपूर्ण माइकोटॉक्सिन और उनके प्रभाव:
- एफ्लाटॉक्सिन (Aflatoxins): एस्परगिलस फ्लेवस द्वारा उत्पादित, ये सबसे शक्तिशाली प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले कार्सिनोजेन (कैंसर पैदा करने वाले पदार्थ) में से हैं। वे मुख्य रूप से यकृत को लक्षित करते हैं और यकृत कैंसर का कारण बन सकते हैं।
- ओक्रैटॉक्सिन ए (Ochratoxin A): एस्परगिलस और पेनिसिलियम प्रजातियों द्वारा उत्पादित, यह एक नेफ्रोटॉक्सिन (गुर्दे के लिए जहरीला) है।
- फ्यूमोनाइसिन (Fumonisins): फ्यूजेरियम द्वारा उत्पादित, ये मकई में आम हैं और मनुष्यों में एसोफेजियल कैंसर से जुड़े हुए हैं।
माइकोटॉक्सिन गर्मी के प्रति स्थिर होते हैं, इसलिए वे खाना पकाने या खाद्य प्रसंस्करण के दौरान नष्ट नहीं होते हैं। इसलिए, फसल उत्पादन और भंडारण के दौरान अच्छी प्रथाओं के माध्यम से फफूंद के विकास को रोकना संदूषण को नियंत्रित करने का सबसे अच्छा तरीका है।
(ख) खाद्य योगज और मिलावटी पदार्थ (Food Additives and Adulterants)
खाद्य योगज (Food Additives): खाद्य योगज वे पदार्थ हैं जिन्हें उत्पादन, प्रसंस्करण, भंडारण या पैकेजिंग के दौरान जानबूझकर भोजन में मिलाया जाता है। उन्हें एक विशिष्ट उद्देश्य के लिए जोड़ा जाता है और सरकारी एजेंसियों (जैसे भारत में FSSAI) द्वारा उनके उपयोग को नियंत्रित किया जाता है। खाद्य योगजों के कार्यों में शामिल हैं:
- संरक्षण (Preservation): खराब होने से रोकने और शेल्फ-लाइफ बढ़ाने के लिए (जैसे, सोडियम बेंजोएट, नाइट्रेट्स)।
- स्वाद और सुगंध बढ़ाना (Flavor and Aroma Enhancement): (जैसे, मोनोसोडियम ग्लूटामेट – MSG, कृत्रिम स्वाद)।
- बनावट में सुधार (Improving Texture): (जैसे, इमल्सीफायर, स्टेबलाइजर्स, थिकनर)।
- पोषक मूल्य बढ़ाना (Nutrient Fortification): (जैसे, आयोडीन युक्त नमक, विटामिन डी युक्त दूध)।
- रंग प्रदान करना (Providing Color): भोजन को आकर्षक बनाने के लिए (जैसे, टार्ट्राज़िन, सनसेट येलो)।
इनका उपयोग सुरक्षित माना जाता है जब स्वीकृत स्तरों के भीतर उपयोग किया जाता है।
खाद्य मिलावटी पदार्थ (Food Adulterants): खाद्य मिलावटी पदार्थ वे पदार्थ हैं जिन्हें लाभ बढ़ाने या खराब गुणवत्ता को छिपाने के लिए धोखाधड़ी से और जानबूझकर भोजन में मिलाया जाता है। यह अवैध है और स्वास्थ्य के लिए गंभीर खतरा पैदा कर सकता है। मिलावट के कुछ सामान्य उदाहरण हैं:
- दूध में पानी या स्टार्च मिलाना।
- हल्दी और मिर्च पाउडर में सीसा क्रोमेट या ईंट का पाउडर मिलाना।
- काली मिर्च में पपीते के बीज मिलाना।
- घी या मक्खन में वनस्पति या पशु वसा मिलाना।
- चाय की पत्तियों में इस्तेमाल की हुई या रंगी हुई पत्तियां मिलाना।
मिलावटी पदार्थों का सेवन विषाक्तता, एलर्जी प्रतिक्रियाओं और दीर्घकालिक स्वास्थ्य समस्याओं जैसे कैंसर या अंग क्षति का कारण बन सकता है। खाद्य सुरक्षा कानून उपभोक्ताओं को ऐसे धोखाधड़ी वाले कृत्यों से बचाने के लिए मौजूद हैं।
(ग) रक्त शर्करा विनियमन में पैंक्रियाज की भूमिका
पैंक्रियाज (अग्न्याशय) रक्त शर्करा (ग्लूकोज) के स्तर को एक संकीर्ण सीमा के भीतर बनाए रखने में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है। यह अपने अंतःस्रावी कार्य के माध्यम से ऐसा करता है, जिसमें लैंगरहैंस के आइलेट्स (islets of Langerhans) नामक विशेष कोशिका समूहों द्वारा हार्मोन का स्राव शामिल है। दो मुख्य हार्मोन और कोशिका प्रकार शामिल हैं:
1. इंसुलिन (Insulin) – बीटा-कोशिकाओं (Beta-cells) द्वारा स्रावित:
- उत्प्रेरक: उच्च रक्त शर्करा (हाइपरग्लाइसीमिया), जैसे भोजन के बाद।
- क्रिया: इंसुलिन एक एनाबॉलिक हार्मोन है જે रक्त से ग्लूकोज के अवशोषण को बढ़ावा देता है।
- यह मांसपेशियों और वसा कोशिकाओं को रक्तप्रवाह से ग्लूकोज लेने के लिए उत्तेजित करता है (ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर GLUT4 को कोशिका की सतह पर ले जाकर)।
- यह यकृत और मांसपेशियों में ग्लूकोज को ग्लाइकोजन (ग्लाइकोजेनेसिस) के रूप में संग्रहीत करने को बढ़ावा देता है।
- यह यकृत में ग्लूकोज के उत्पादन (ग्लूकोनियोजेनेसिस और ग्लाइकोजेनोलिसिस) को रोकता है।
- परिणाम: रक्त शर्करा का स्तर कम हो जाता है।
2. ग्लूकागन (Glucagon) – अल्फा-कोशिकाओं (Alpha-cells) द्वारा स्रावित:
- उत्प्रेरक: निम्न रक्त शर्करा (हाइपोग्लाइसीमिया), जैसे उपवास के दौरान।
- क्रिया: ग्लूकागन एक कैटाबॉलिक हार्मोन है जो इंसुलिन के प्रभावों का विरोध करता है।
- यह मुख्य रूप से यकृत पर कार्य करता है ताकि संग्रहीत ग्लाइकोजन को ग्लूकोज (ग्लाइकोजेनोलिसिस) में तोड़ा जा सके।
- यह अमीनो एसिड जैसे गैर-कार्बोहाइड्रेट स्रोतों से ग्लूकोज के संश्लेषण (ग्लूकोनियोजेनेसिस) को उत्तेजित करता है।
- परिणाम: यकृत द्वारा रक्तप्रवाह में ग्लूकोज छोड़ा जाता है, जिससे रक्त शर्करा का स्तर बढ़ जाता है।
इंसुलिन और ग्लूकागन के बीच यह finement-tuned संतुलन सुनिश्चित करता है कि शरीर की कोशिकाओं के पास ऊर्जा के लिए ग्लूकोज की निरंतर आपूर्ति हो, जबकि रक्त शर्करा के स्तर को खतरनाक रूप से उच्च या निम्न होने से रोका जा सके।
Q8. (क) औषध अवशोषण पर पोषक तत्वों के प्रभाव पर प्रकाश डालिए। (ख) ऊर्जा व्यय और इसके आमापन पर चर्चा कीजिए।
Ans.
(क) औषध अवशोषण पर पोषक तत्वों का प्रभाव:
पोषक तत्व और खाद्य पदार्थ दवाओं के अवशोषण को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं, जिससे उनकी प्रभावकारिता या विषाक्तता बदल सकती है। इन अंतःक्रियाओं को समझना सुरक्षित और प्रभावी दवा चिकित्सा के लिए महत्वपूर्ण है। प्रभाव कई तरीकों से हो सकते हैं:
- अवशोषण की दर या सीमा में परिवर्तन:
- भोजन की उपस्थिति: सामान्य तौर पर, भोजन पेट के खाली होने की प्रक्रिया को धीमा कर सकता है, जिससे दवा के अवशोषण में देरी हो सकती है। कुछ दवाओं के लिए (जैसे, एस्पिरिन), यह जठरांत्र संबंधी जलन को कम कर सकता है। अन्य दवाओं के लिए, भोजन उनकी कुल अवशोषित मात्रा को कम कर सकता है।
- वसायुक्त भोजन: उच्च वसा वाले भोजन कुछ लिपोफिलिक (वसा में घुलनशील) दवाओं (जैसे, एंटीफंगल दवा ग्रिसोफुल्विन) के अवशोषण को बढ़ा सकते हैं, क्योंकि वसा पित्त के स्राव को उत्तेजित करती है, જે दवा को घोलने में मदद करता है।
- जटिल निर्माण (Chelation):
- कुछ खनिज सीधे दवाओं से बंध सकते हैं, जिससे अघुलनशील कॉम्प्लेक्स बनते हैं जिन्हें अवशोषित नहीं किया जा सकता है। एक क्लासिक उदाहरण कैल्शियम (डेयरी उत्पादों, एंटासिड में) का टेट्रासाइक्लिन और सिप्रोफ्लोक्सासिन जैसे एंटीबायोटिक दवाओं के साथ चेलेशन है। इससे एंटीबायोटिक का अवशोषण और प्रभावकारिता बहुत कम हो जाती है। आयरन और जिंक सप्लीमेंट का भी समान प्रभाव हो सकता है।
- जठरांत्र (GI) पीएच में परिवर्तन:
- भोजन पेट में एसिड के उत्पादन को उत्तेजित कर सकता है, જે अस्थायी रूप से पेट के पीएच को बदल देता है। यह उन दवाओं के विघटन और अवशोषण को प्रभावित कर सकता है जो पीएच-संवेदनशील हैं (जैसे, एंटीफंगल दवा केटोकोनाज़ोल को अवशोषित होने के लिए एक अम्लीय वातावरण की आवश्यकता होती है)।
- चयापचय एंजाइमों पर प्रभाव:
- अंगूर का रस (Grapefruit juice) सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है। इसमें फ़्यूरानोकौमारिन्स नामक यौगिक होते हैं जो आंत की दीवार में साइटोक्रोम P450 3A4 (CYP3A4) एंजाइम को अपरिवर्तनीय रूप से रोकते हैं। यह एंजाइम कई दवाओं का चयापचय करता है। इसके निषेध से इन दवाओं (जैसे, कुछ स्टैटिन, कैल्शियम चैनल ब्लॉकर्स) का अवशोषण और जैवउपलब्धता बहुत बढ़ जाती है, जिससे संभावित रूप से विषाक्त स्तर हो सकते हैं।
इसलिए, मरीजों को हमेशा अपने फार्मासिस्ट या डॉक्टर से सलाह लेनी चाहिए कि क्या उनकी दवाओं को भोजन के साथ या खाली पेट लेना चाहिए।
(ख) ऊर्जा व्यय और इसका मापन:
ऊर्जा व्यय (Energy Expenditure): कुल दैनिक ऊर्जा व्यय (Total Daily Energy Expenditure – TDEE) 24 घंटे की अवधि में एक व्यक्ति द्वारा उपयोग की जाने वाली कुल कैलोरी की मात्रा है। यह तीन मुख्य घटकों से बना है:
- आधारी उपापचय दर (Basal Metabolic Rate – BMR): यह TDEE का सबसे बड़ा घटक है, जो लगभग 60-75% के लिए जिम्मेदार है। यह पूर्ण आराम की स्थिति में शरीर के बुनियादी जीवन-निर्वाह कार्यों (जैसे, श्वास, परिसंचरण) के लिए आवश्यक ऊर्जा है। इसे अक्सर विश्राम ऊर्जा व्यय (REE) के रूप में मापा जाता है।
- भोजन का ऊष्मीय प्रभाव (Thermic Effect of Food – TEF): यह भोजन को पचाने, अवशोषित करने और चयापचय करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है। यह TDEE का लगभग 10% है। प्रोटीन का TEF वसा और कार्बोहाइड्रेट की तुलना में अधिक होता है।
- शारीरिक गतिविधि ऊर्जा व्यय (Physical Activity Energy Expenditure – PAEE): यह TDEE का सबसे परिवर्तनशील घटक है, जो 15-30% या उससे अधिक के लिए जिम्मेदार है। इसमें नियोजित व्यायाम और गैर-व्यायाम गतिविधि थर्मोजेनेसिस (NEAT) दोनों शामिल हैं, जैसे चलना, खड़े होना और फिजूलखर्ची करना।
ऊर्जा व्यय का मापन: ऊर्जा व्यय को मापने के लिए कई विधियाँ हैं:
- प्रत्यक्ष कैलोरीमिति (Direct Calorimetry): यह विधि शरीर द्वारा उत्पादित ऊष्मा की मात्रा को सीधे मापती है। व्यक्ति को एक पूरी तरह से सीलबंद, अछूता कक्ष में रखा जाता है जिसे कैलोरीमीटर कहा जाता है। कक्ष के चारों ओर पानी के पाइपों में पानी के तापमान में वृद्धि को मापकर शरीर द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की गणना की जाती है। यह बहुत सटीक है लेकिन महंगा, जटिल और अव्यावहारिक है, इसलिए इसका उपयोग केवल अनुसंधान में किया जाता है।
- अप्रत्यक्ष कैलोरीमिति (Indirect Calorimetry): यह सबसे आम नैदानिक और अनुसंधान विधि है। यह इस सिद्धांत पर आधारित है कि ऊर्जा उत्पादन के लिए ऑक्सीजन की खपत और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन आवश्यक है। यह ऑक्सीजन की खपत (VO2) और कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन (VCO2) को मापता है। इन मानों का उपयोग वीर समीकरण (Weir equation) जैसे मानकीकृत समीकरणों का उपयोग करके ऊर्जा व्यय की गणना के लिए किया जाता है। ऊर्जा व्यय (kcal/day) = [3.9 × VO2 (L/min) + 1.1 × VCO2 (L/min)] × 1440
- दोगुना लेबल युक्त जल विधि (Doubly Labeled Water – DLW): यह मुक्त-जीवित स्थितियों में TDEE को मापने के लिए “स्वर्ण मानक” (gold standard) विधि है। व्यक्ति स्थिर समस्थानिकों (ड्यूटेरियम, ²H और ऑक्सीजन-18, ¹⁸O) से युक्त पानी पीता है। शरीर में, ¹⁸O पानी और कार्बन डाइऑक्साइड दोनों के रूप में समाप्त हो जाता है, जबकि ²H केवल पानी के रूप में समाप्त होता है। समय के साथ मूत्र के नमूनों में इन दो समस्थानिकों के उन्मूलन की दरों के बीच का अंतर CO2 उत्पादन दर को दर्शाता है, जिसका उपयोग TDEE की गणना के लिए किया जा सकता है। यह बहुत सटीक है लेकिन महंगा है।
IGNOU BBCET-141 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) Explain the following : (i) Nutrition (ii) Z-score (iii) Protein turnover (iv) Nutraceuticals (b) What are the recommendations for nutrient intake ?
Ans. (a) Explanation of the following: (i) Nutrition: Nutrition is the science that studies the interaction of food, nutrients, and other substances with respect to health and disease. It encompasses the processes of ingestion, digestion, absorption, transport, utilization, and excretion of food substances. It also studies how the body uses nutrients for energy, growth, maintenance, and repair of tissues. Good nutrition is a critical component of a healthy lifestyle. (ii) Z-score: In nutritional anthropometry, a Z-score is a statistical measure that indicates how many standard deviations a person’s measurement (e.g., height, weight) is from the mean (average) of a reference population. It is particularly used to assess the growth of children, such as in height-for-age, weight-for-age, and weight-for-height. A negative Z-score (typically below -2) can indicate malnutrition or stunting, while a positive Z-score (typically above +2) may indicate overweight or obesity. (iii) Protein turnover: Protein turnover is the continuous and simultaneous process of protein synthesis (anabolism) and protein degradation (catabolism) in the body. The body’s cells are constantly breaking down old or damaged proteins and replacing them with new ones. This process allows the body to adapt to metabolic changes, repair tissues, and maintain the supply of enzymes, hormones, and other critical proteins. The rate of protein turnover varies in different tissues and depending on physiological conditions (e.g., exercise, illness). (iv) Nutraceuticals: A nutraceutical is a term derived from “nutrition” and “pharmaceutical.” It refers to a food or part of a food that provides medical or health benefits, including the prevention and treatment of disease. These can be isolated nutrients, dietary supplements, herbal products, and processed foods. Examples include fortified cereals, probiotic yogurts, and omega-3 fatty acid capsules. They bridge the gap between traditional foods and pharmaceutical drugs. (b) Recommendations for nutrient intake: The recommendations for nutrient intake are quantitative estimates of the amounts of nutrients required to promote good health and prevent deficiency in groups of healthy people. These are collectively known as the Dietary Reference Intakes (DRIs) . The main recommendations are:
- Recommended Dietary Allowance (RDA): The average daily intake level sufficient to meet the nutrient requirements of nearly all (97-98%) healthy individuals.
- Estimated Average Requirement (EAR): The intake level for a nutrient at which the needs of 50 percent of the healthy individuals in a particular life stage and gender group are met. The RDA is calculated from the EAR.
- Adequate Intake (AI): Established when there is insufficient scientific evidence to determine an RDA. It is based on the average intake of a nutrient consumed by a group of healthy people.
- Tolerable Upper Intake Level (UL): The maximum daily nutrient intake that is unlikely to cause adverse health effects in most individuals.
These values vary based on age, sex, and life stage (e.g., pregnancy) and are crucial tools for diet planning and assessment.
Q2. (a) Explain basal and resting metabolism only with a suitable example. (b) Describe the role of dietary fibers in maintaining good health.
Ans. (a) Basal and Resting Metabolism: Basal Metabolic Rate (BMR) is the minimum amount of energy required by the body to sustain life in a state of complete physical and mental rest, in a thermoneutral environment, and in the post-absorptive state (typically after a 12-14 hour fast). This energy is used for vital bodily functions such as breathing, blood circulation, maintenance of body temperature, nerve activity, and cellular repair. Measuring BMR is very restrictive and is usually only done in clinical or research settings. Resting Metabolic Rate (RMR) , also called Resting Energy Expenditure (REE), is similar to BMR but is measured under less strict conditions. The person may need to be fasting, but the strict 12-14 hour period is not required for the measurement. RMR is typically measured in a comfortable resting, seated position. Due to these less rigid conditions, the RMR value is usually 10-20% higher than the BMR. It is more practical to measure RMR. Example: Let’s estimate the BMR for a 30-year-old male, weighing 70 kg and 175 cm tall, using the Harris-Benedict equation: BMR = 88.362 + (13.397 × weight in kg) + (4.799 × height in cm) – (5.677 × age in years) BMR = 88.362 + (13.397 × 70) + (4.799 × 175) – (5.677 × 30) BMR = 88.362 + 937.79 + 839.825 – 170.31 BMR ≈ 1696 kcal/day This means that this individual requires approximately 1696 kcal per day to maintain his body’s basic functions at complete rest. His RMR might be slightly higher, perhaps around 1865 kcal/day. (b) Role of Dietary Fibers in Maintaining Good Health: Dietary fibers are indigestible carbohydrates from plant-based foods. They play a crucial role in maintaining good health. They are primarily classified into two types: soluble and insoluble fiber.
- Digestive Health: Insoluble fiber adds bulk to the stool and speeds up its transit through the intestines, helping to prevent constipation and promote regular bowel movements.
- Cardiovascular Health: Soluble fiber , such as that found in oats, barley, and legumes, can help lower low-density lipoprotein (LDL) or “bad” cholesterol levels in the blood. It does this by binding to bile acids in the gut and promoting their excretion, forcing the body to use cholesterol to make more bile acids.
- Blood Sugar Control: Soluble fiber can slow the emptying of the stomach and delay the absorption of sugar into the bloodstream. This helps prevent sharp spikes in blood sugar after a meal, which is particularly beneficial for individuals with diabetes.
- Weight Management: Fibrous foods require more chewing, which slows down the rate of eating. They also promote a feeling of fullness (satiety) by swelling in the stomach, which can lead to a lower overall calorie intake.
- Gut Microbiome: Certain soluble fibers act as prebiotics , providing food for beneficial gut bacteria in the colon. These bacteria ferment these fibers to produce short-chain fatty acids (SCFAs) like butyrate, which is the main energy source for colon cells and has anti-inflammatory properties.
Therefore, a diet rich in fruits, vegetables, whole grains, and legumes is essential for maintaining good overall health.
Q3. (a) Name two essential fatty acids and explain their biochemical functions. (b) Discuss the parameter used to evaluate the quality of protein.
Ans. (a) Two Essential Fatty Acids and their Biochemical Functions: Essential fatty acids (EFAs) are polyunsaturated fats that the body cannot synthesize on its own and must therefore be obtained from the diet. The two primary essential fatty acids are: 1. Linoleic Acid (LA): An omega-6 fatty acid. 2. Alpha-Linolenic Acid (ALA): An omega-3 fatty acid. Biochemical Functions:
- Cell Membrane Structure: Both LA and ALA are critical structural components of the phospholipids in cell membranes. They influence membrane fluidity and permeability, which is vital for the function of membrane-bound enzymes and receptors.
- Precursors to Eicosanoids:
- Linoleic Acid (LA) is converted to Arachidonic Acid (AA). AA is the precursor for pro-inflammatory eicosanoids such as prostaglandins (PGE2) and leukotrienes, which play a role in immune response and blood clotting.
- Alpha-Linolenic Acid (ALA) can be converted to Eicosapentaenoic Acid (EPA) and Docosahexaenoic Acid (DHA). EPA produces less inflammatory or anti-inflammatory eicosanoids (e.g., PGE3), which counteract the effects of AA-derived eicosanoids.
- Brain Development and Function: DHA, derived from ALA, is particularly abundant in the brain and retina. It is crucial for neural development, synaptic function, and vision.
- Regulation of Gene Expression: These fatty acids and their derivatives can bind to nuclear receptors (like PPARs) and regulate the expression of genes involved in lipid and carbohydrate metabolism.
A balanced ratio of omega-6 to omega-3 fatty acids is important for health, as it influences the balance of inflammatory responses.
(b) Parameters to Evaluate the Quality of Protein:
Protein quality is a measure of how well a dietary protein meets the body’s amino acid and nitrogen requirements. Several parameters are used to assess it:
- Protein Efficiency Ratio (PER): This is one of the simplest methods. It is measured as the weight gain of young, growing animals per gram of a test protein consumed. PER = Body weight gain (g) / Protein consumed (g) It has been used historically but does not fully reflect human needs.
- Biological Value (BV): This is the percentage of absorbed nitrogen that is retained by the body for growth and maintenance. It compares the amino acid profile of the protein to that of the body’s tissues. BV = (Nitrogen retained / Nitrogen absorbed) × 100 A high BV indicates the protein has an amino acid ratio close to the body’s needs. Egg has the highest BV (100).
- Net Protein Utilization (NPU): NPU is similar to BV but also accounts for the digestibility of the protein. It measures the percentage of ingested nitrogen that is retained by the body. NPU = (Nitrogen retained / Nitrogen consumed) × 100 NPU = BV × Digestibility Coefficient.
- Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score (PDCAAS): This is the current standard method recommended by the FAO/WHO. It is based on two factors:
- Amino Acid Score: The amount of each essential amino acid in the test protein is compared to a reference protein (usually based on the needs of a pre-school child). The amino acid with the lowest ratio is the “limiting amino acid” and determines the score.
- Fecal Digestibility: The percentage of the protein that is digested.
PDCAAS = Amino Acid Score × Fecal Digestibility %
The score ranges from 0 to 1.0, with 1.0 being the highest quality protein (e.g., casein, egg).
Q4. Write biochemical functions, RDA value and deficiency diseases of the following vitamins : (a) Niacin (b) Folic acid (c) Vitamin K (d) Vitamin D
Ans. (a) Niacin (Vitamin B3)
- Biochemical Functions: Niacin is a component of two critical coenzymes, Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+) and Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP+) . These coenzymes are essential for over 200 enzymes in the body that participate in redox (oxidation-reduction) reactions. They play a vital role in energy production (glycolysis, Krebs cycle) through the metabolism of carbohydrates, fats, and proteins, as well as in the synthesis of fatty acids and steroids.
- RDA Value: 16 mg Niacin Equivalents (NE)/day for adult men and 14 mg NE/day for adult women.
- Deficiency Disease: Severe niacin deficiency leads to Pellagra , known as the disease of the “3-D’s”:
- Dermatitis: A symmetrical rash on skin, especially areas exposed to the sun.
- Diarrhea: Gastrointestinal disturbances.
- Dementia: Neurological symptoms such as confusion, memory loss, and depression.
If left untreated, it can be fatal (the “4th D” – Death).
(b) Folic acid (Vitamin B9)
- Biochemical Functions: Folic acid, in its active form Tetrahydrofolate (THF) , acts as a coenzyme in one-carbon metabolism. It is crucial for the transfer of one-carbon units (e.g., methyl, formyl). This process is essential for:
- DNA synthesis and repair: Required for the synthesis of purines and pyrimidines (thymidylate).
- Amino acid metabolism: The regeneration of methionine from homocysteine and the interconversion of serine and glycine.
- RDA Value: 400 micrograms (mcg) of Dietary Folate Equivalents (DFE)/day for adults. This increases to 600 mcg DFE/day for pregnant women.
- Deficiency Disease: Folic acid deficiency results in Megaloblastic Anemia , characterized by large, immature red blood cells (megaloblasts) in the bone marrow. Deficiency during pregnancy can lead to Neural Tube Defects (NTDs) , such as spina bifida, in the fetus.
(c) Vitamin K
- Biochemical Functions: Vitamin K acts as a coenzyme for the post-translational modification of certain proteins involved in blood clotting. It is a cofactor for the enzyme gamma-glutamyl carboxylase , which converts glutamate residues to gamma-carboxyglutamate (Gla) in blood clotting factors (Factors II, VII, IX, X) and proteins C and S. These Gla residues bind calcium ions, which is essential for the clotting cascade. It also plays a role in bone metabolism.
- RDA Value (as AI): Approximately 120 mcg/day for adult men and 90 mcg/day for adult women.
- Deficiency Disease: Vitamin K deficiency impairs the blood clotting process, leading to an increased risk of hemorrhage . Symptoms include easy bruising, nosebleeds, and in severe cases, uncontrolled bleeding. It is particularly common in newborns, termed ‘Hemorrhagic Disease of the Newborn’.
(d) Vitamin D
- Biochemical Functions: Vitamin D functions as a pro-hormone that regulates calcium and phosphate homeostasis in the body. It is synthesized in the skin upon exposure to sunlight and is then converted to its active form, calcitriol (1,25-dihydroxyvitamin D) , in the liver and kidneys. Calcitriol:
- Increases the absorption of calcium and phosphorus from the intestine.
- Enhances the reabsorption of calcium by the kidneys.
- Mobilizes calcium from bone in conjunction with parathyroid hormone (PTH) to maintain blood calcium levels.
- RDA Value: 15 mcg (600 IU)/day for individuals aged 1-70 years.
- Deficiency Disease: Vitamin D deficiency leads to inadequate mineralization of bones. In children, it causes Rickets , characterized by soft, weak bones and skeletal deformities (e.g., bowed legs). In adults, it causes Osteomalacia , in which bones become soft, leading to bone pain and an increased risk of fractures.
Q5. (a) How does excessive alcohol consumption result in micronutrients deficiency ? (b) Write the biochemical significance, dietary sources and deficiency symptoms of any two of the following : (i) Sodium (ii) Magnesium (iii) Zinc (iv) Selenium
Ans. (a) How Excessive Alcohol Consumption Leads to Micronutrient Deficiency: Excessive and chronic alcohol consumption can lead to deficiencies of several micronutrients (vitamins and minerals). This occurs through multiple mechanisms:
- Inadequate Nutrient Intake: Alcohol provides “empty calories,” meaning it has energy but lacks essential nutrients. Alcoholics often derive a significant portion of their caloric needs from alcohol, leading to a reduced intake of nutrient-dense foods. This results in a poor dietary intake of vitamins (especially thiamin, folate, vitamin B6) and minerals.
- Impaired Digestion and Absorption: Alcohol can damage the lining of the gastrointestinal (GI) tract. It can alter acid production in the stomach and damage the villi of the small intestine, reducing the efficiency of nutrient digestion and absorption. The absorption of thiamin (Vitamin B1), folic acid, vitamin B12, fat-soluble vitamins (A, D, E, K), and minerals like zinc and calcium are particularly affected.
- Impaired Nutrient Metabolism and Storage: The liver plays a central role in the metabolism, activation, and storage of nutrients. Chronic alcohol consumption can damage the liver (e.g., fatty liver, alcoholic hepatitis, cirrhosis), impairing its ability to convert vitamins into their active forms (e.g., activation of Vitamin D). It also disrupts the storage of vitamins like Vitamin A.
- Increased Nutrient Excretion: Alcohol acts as a diuretic, meaning it increases urine production. This leads to increased urinary excretion of minerals such as magnesium, zinc, potassium, and calcium. It can also cause increased loss of water-soluble vitamins like folate.
As a result of these combined effects, alcoholics frequently suffer from thiamin deficiency (which can lead to Wernicke-Korsakoff syndrome), folate deficiency (megaloblastic anemia), vitamin B6 deficiency, and deficiencies of magnesium and zinc.
(b) Details of two of the following:
(ii) Magnesium
- Biochemical Significance: Magnesium is an essential cofactor for over 300 enzymatic reactions in the body. It is critical in processes that involve adenosine triphosphate (ATP), as it stabilizes the ATP molecule. Its main functions include: energy metabolism (glycolysis), synthesis of proteins and nucleic acids (DNA and RNA), nerve impulse transmission, muscle contraction and relaxation, and regulation of blood pressure.
- Dietary Sources: Good sources of magnesium include green leafy vegetables (a component of the chlorophyll molecule), nuts (almonds, cashews), seeds (pumpkin seeds), legumes, whole grains, and dark chocolate.
- Deficiency Symptoms: Early signs of magnesium deficiency may include loss of appetite, nausea, vomiting, fatigue, and weakness. As deficiency worsens, more severe symptoms can appear, such as numbness, tingling, muscle cramps, seizures, abnormal heart rhythms (arrhythmias), and personality changes.
(iii) Zinc
- Biochemical Significance: Zinc acts as a catalytic and structural component for more than 100 enzymes. It plays a crucial role in immune function, protein synthesis, wound healing, DNA synthesis, and cell division. Zinc is also essential for a proper sense of taste and smell. It is a key part of enzymes like carbonic anhydrase, alcohol dehydrogenase, and alkaline phosphatase. It is also involved in regulating gene expression through zinc-finger proteins.
- Dietary Sources: Rich sources of zinc include oysters, red meat, poultry, beans, nuts, crab, lobster, and whole grains. Phytates present in plant-based sources can reduce zinc absorption.
- Deficiency Symptoms: Symptoms of zinc deficiency include growth retardation, loss of appetite, and impaired immune function. In more severe cases, it can cause hair loss, diarrhea, delayed sexual maturation, impotence, eye and skin lesions, and weight loss. A loss of taste and smell is also a common symptom.
Q6. (a) Discuss the risk factors for cardiovascular diseases. (b) Explain the structural features and functions of Vitamin B12.
Ans. (a) Risk Factors for Cardiovascular Diseases (CVD): Cardiovascular diseases (CVD) are a group of conditions affecting the heart and blood vessels, including coronary artery disease, heart attack, stroke, and hypertension. The risk factors for them can be divided into two main categories: non-modifiable and modifiable. 1. Non-modifiable Risk Factors: These cannot be changed.
- Age: The risk of CVD increases with age.
- Sex: Men generally have a higher risk of developing CVD at a younger age than women. However, women’s risk increases after menopause.
- Family History/Genetics: Risk is increased if a close relative (e.g., parent or sibling) had heart disease at an early age.
2. Modifiable Risk Factors:
These can be controlled or modified through lifestyle changes or medical treatment.
- High Blood Pressure (Hypertension): This is one of the most significant risk factors for CVD. It puts extra strain on the arteries, causing them to become damaged.
- Abnormal Blood Lipids (Dyslipidemia): This includes high LDL (“bad”) cholesterol, low HDL (“good”) cholesterol, and high triglycerides. LDL cholesterol contributes to the buildup of plaque in arteries (atherosclerosis).
- Tobacco Use: Smoking damages blood vessels, raises blood pressure, increases the tendency for blood to clot, and lowers HDL cholesterol.
- Physical Inactivity: A lack of regular exercise contributes to obesity, high blood pressure, and abnormal lipid profiles.
- Obesity: Particularly abdominal obesity, is linked to hypertension, diabetes, and dyslipidemia, all of which increase CVD risk.
- Diabetes Mellitus: High blood sugar levels can damage blood vessels and accelerate atherosclerosis.
- Unhealthy Diet: A diet high in saturated and trans fats, cholesterol, sodium, and added sugar contributes to the risk factors for CVD. A diet low in fruits, vegetables, and whole grains is also a risk.
- Excessive Alcohol Consumption: This can raise blood pressure, triglycerides, and damage the heart muscle.
Managing these modifiable risk factors is the cornerstone of CVD prevention and treatment.
(b) Structural Features and Functions of Vitamin B12:
Structural Features:
Vitamin B12, also known as
cobalamin
, has the largest and most complex structure of all the vitamins. Its unique structural features include:
- Corrin Ring System: It has a corrin ring, which is similar to, but slightly different from, the porphyrin ring found in heme.
- Central Cobalt Ion: At the center of the corrin ring is a cobalt (Co) ion, making Vitamin B12 unique as it is the only vitamin to contain a metal element.
- Various Ligands: The cobalt ion is coordinated to the four nitrogen atoms of the corrin ring. Two additional axial ligands are also attached:
- A “lower” ligand, which is typically 5,6-dimethylbenzimidazole , attached to the corrin ring via a ribose and a phosphate group.
- An “upper” (or R) ligand, attached directly to the cobalt. This group can vary, giving rise to different forms of cobalamin, such as cyanocobalamin (-CN group, found in supplements), hydroxycobalamin (-OH group), methylcobalamin (-CH3 group, an active coenzyme form), and adenosylcobalamin (-Ado group, the other active coenzyme form).
Functions: In the human body, Vitamin B12 serves as a coenzyme for two essential enzymatic reactions:
- Coenzyme for Methionine Synthase: Methylcobalamin is the cofactor for this enzyme. This reaction catalyzes the regeneration of methionine from homocysteine. In this process, methylcobalamin accepts a methyl group from methyltetrahydrofolate and transfers it to homocysteine. This reaction is closely linked to folate metabolism and is crucial for DNA synthesis and cell division. Its deficiency leads to homocysteine accumulation and megaloblastic anemia.
- Coenzyme for Methylmalonyl-CoA Mutase: Adenosylcobalamin is the cofactor for this enzyme. This reaction is a key step in the metabolism of odd-chain fatty acids and some amino acids (e.g., valine, isoleucine). It converts L-methylmalonyl-CoA to succinyl-CoA, which can then enter the Krebs cycle. Deficiency of this enzyme leads to the accumulation of methylmalonic acid, which is thought to cause the neurological damage seen in B12 deficiency.
Q7. Write short notes on any two of the following : (a) Mycotoxins (b) Food additives and adulterants (c) Role of pancreas in blood glucose regulation
Ans. (a) Mycotoxins Mycotoxins are toxic secondary metabolites produced by fungi (molds) that are poisonous to humans and animals. These fungi can contaminate food commodities before harvest, during harvest, or during storage. Common molds that produce mycotoxins include Aspergillus , Penicillium , and Fusarium . These toxins can be found in foods such as corn, cereals, peanuts, tree nuts, and spices. Ingesting food contaminated with mycotoxins can lead to a condition called mycotoxicosis. The effects vary depending on the type of mycotoxin, the amount ingested, and the health and age of the individual. Some significant mycotoxins and their effects:
- Aflatoxins: Produced by Aspergillus flavus , these are among the most potent naturally occurring carcinogens (cancer-causing substances). They primarily target the liver and can cause liver cancer.
- Ochratoxin A: Produced by Aspergillus and Penicillium species, it is a nephrotoxin (toxic to the kidneys).
- Fumonisins: Produced by Fusarium , they are common in corn and have been linked to esophageal cancer in humans.
Mycotoxins are heat-stable, so they are not destroyed during cooking or food processing. Therefore, preventing mold growth through good practices during crop production and storage is the best way to control contamination.
(b) Food Additives and Adulterants
Food Additives:
Food additives are substances intentionally added to food during production, processing, storage, or packaging. They are added for a specific purpose and their use is regulated by government agencies (e.g., FSSAI in India). The functions of food additives include:
- Preservation: To prevent spoilage and extend shelf-life (e.g., sodium benzoate, nitrates).
- Flavor and Aroma Enhancement: (e.g., monosodium glutamate – MSG, artificial flavors).
- Improving Texture: (e.g., emulsifiers, stabilizers, thickeners).
- Nutrient Fortification: (e.g., iodized salt, vitamin D-fortified milk).
- Providing Color: To make food appealing (e.g., tartrazine, sunset yellow).
They are considered safe for consumption when used within approved levels.
Food Adulterants:
Food adulterants are substances that are fraudulently and intentionally added to food to increase profit or to mask poor quality. This is illegal and can pose serious health risks. Some common examples of adulteration include:
- Adding water or starch to milk.
- Adding lead chromate or brick powder to turmeric and chili powder.
- Adding papaya seeds to black pepper.
- Adding vanaspati or animal fats to ghee or butter.
- Adding used or colored leaves to tea leaves.
Consumption of adulterants can lead to poisoning, allergic reactions, and long-term health problems like cancer or organ damage. Food safety laws exist to protect consumers from such fraudulent acts.
(c) Role of Pancreas in Blood Glucose Regulation
The pancreas plays a central role in maintaining blood glucose (sugar) levels within a narrow range. It does this through its endocrine function, which involves the secretion of hormones by specialized cell clusters called the islets of Langerhans. The two main hormones and cell types involved are:
1. Insulin – Secreted by Beta-cells:
- Stimulus: High blood glucose (hyperglycemia), such as after a meal.
- Action: Insulin is an anabolic hormone that promotes the uptake of glucose from the blood.
- It stimulates muscle and fat cells to take up glucose from the bloodstream (by moving the glucose transporter GLUT4 to the cell surface).
- It promotes the storage of glucose as glycogen in the liver and muscles (glycogenesis).
- It inhibits the production of glucose by the liver (gluconeogenesis and glycogenolysis).
- Result: Blood glucose levels are lowered.
2. Glucagon – Secreted by Alpha-cells:
- Stimulus: Low blood glucose (hypoglycemia), such as during fasting.
- Action: Glucagon is a catabolic hormone that opposes the effects of insulin.
- It acts primarily on the liver to stimulate the breakdown of stored glycogen into glucose (glycogenolysis).
- It stimulates the synthesis of glucose from non-carbohydrate sources like amino acids (gluconeogenesis).
- Result: Glucose is released into the bloodstream by the liver, raising blood glucose levels.
This finely-tuned balance between insulin and glucagon ensures that the body’s cells have a constant supply of glucose for energy, while preventing blood sugar levels from becoming dangerously high or low.
Q8. (a) Highlight the effect of nutrients on drug absorption. (b) Discuss energy expenditure and its measurement.
Ans. (a) Effect of Nutrients on Drug Absorption: Nutrients and food can significantly affect the absorption of drugs, thereby altering their efficacy or toxicity. Understanding these interactions is crucial for safe and effective drug therapy. The effects can occur in several ways:
- Changes in Rate or Extent of Absorption:
- Presence of Food: In general, food can slow stomach emptying, which may delay drug absorption. For some drugs (e.g., aspirin), this can reduce gastrointestinal irritation. For other drugs, food can decrease the total amount absorbed.
- Fatty Meals: High-fat meals can increase the absorption of some lipophilic (fat-soluble) drugs (e.g., the antifungal griseofulvin), as fat stimulates bile secretion, which helps to dissolve the drug.
- Complex Formation (Chelation):
- Certain minerals can bind directly to drugs, forming insoluble complexes that cannot be absorbed. A classic example is the chelation of calcium (in dairy products, antacids) with antibiotics like tetracyclines and ciprofloxacin . This greatly reduces the antibiotic’s absorption and efficacy. Iron and zinc supplements can have similar effects.
- Changes in Gastrointestinal (GI) pH:
- Food can stimulate the production of stomach acid, temporarily altering the pH of the stomach. This can affect the dissolution and absorption of drugs that are pH-sensitive (e.g., the antifungal ketoconazole requires an acidic environment to be absorbed).
- Effects on Metabolic Enzymes:
- Grapefruit juice is the most famous example. It contains compounds called furanocoumarins that irreversibly inhibit the cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) enzyme in the gut wall. This enzyme metabolizes many drugs. Its inhibition greatly increases the absorption and bioavailability of these drugs (e.g., certain statins, calcium channel blockers), leading to potentially toxic levels.
Therefore, patients should always consult their pharmacist or doctor about whether their medications should be taken with or without food.
(b) Energy Expenditure and its Measurement:
Energy Expenditure:
Total Daily Energy Expenditure (TDEE) is the total number of calories an individual uses in a 24-hour period. It is composed of three main components:
- Basal Metabolic Rate (BMR): This is the largest component of TDEE, accounting for about 60-75%. It is the energy required for the body’s basic life-sustaining functions (e.g., breathing, circulation) at complete rest. It is often measured as Resting Energy Expenditure (REE).
- Thermic Effect of Food (TEF): This is the energy required to digest, absorb, and metabolize food. It accounts for about 10% of TDEE. Protein has a higher TEF than fat and carbohydrates.
- Physical Activity Energy Expenditure (PAEE): This is the most variable component of TDEE, accounting for 15-30% or more. It includes both planned exercise and non-exercise activity thermogenesis (NEAT), such as walking, standing, and fidgeting.
Measurement of Energy Expenditure: There are several methods for measuring energy expenditure:
- Direct Calorimetry: This method directly measures the amount of heat produced by the body. The individual is placed in a fully sealed, insulated chamber called a calorimeter. The heat given off by the body is calculated by measuring the increase in the temperature of water in pipes surrounding the chamber. It is very accurate but expensive, cumbersome, and impractical, so it is used only in research.
- Indirect Calorimetry: This is the most common clinical and research method. It is based on the principle that oxygen consumption and carbon dioxide production are required for energy generation. It measures oxygen consumption (VO2) and carbon dioxide production (VCO2). These values are then used to calculate energy expenditure using standardized equations, such as the Weir equation. Energy Expenditure (kcal/day) = [3.9 × VO2 (L/min) + 1.1 × VCO2 (L/min)] × 1440
- Doubly Labeled Water (DLW) Method: This is the “gold standard” method for measuring TDEE in free-living conditions. The individual drinks water containing stable isotopes (deuterium, ²H, and oxygen-18, ¹⁸O). In the body, ¹⁸O is eliminated as both water and carbon dioxide, while ²H is eliminated only as water. The difference between the elimination rates of these two isotopes in urine samples over time reflects the CO2 production rate, which can be used to calculate TDEE. It is very accurate but expensive.
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