Обмен энергии [Энергетический, Катаболизм, Диссимиляция]

В результате обмена веществ, то есть в результате окисления белков, жиров, углеводов и их расщепления образуется энергия. Эта энергия расходуется на непрерывное под­держание всех физиологических процессов, протекающих в орга­низме. В частности, она обеспечивает деятельность сердца, легких, печени, почек, желудка и кишечника, мышц и других тканей и органов и нормальное протекание процессов роста и развития у молодых людей.

Две трети энергии, образуемой в результате расщепления пи­тательных веществ, расходуется для нормального протекания жиз­ненных процессов в тканях и органах и осуществления их деятель­ности, только третья часть ее расходуется на поддержание посто­янства температуры тела.

Энергия, расходуемая организмом человека за одни сутки, слагается из трех частей.

Основной обмен

Энергия, расходуемая на обеспечение основного обмена. Основной обмен — это то минимальное количество энергии, которое расходуется для поддержания дыхания, нормальной деятельности сердца, печени и других жизненно важных органов в условиях полного покоя организма с расслабленной мускулатурой, натощак и при оптимальных температурных условиях. Для человека с массой тела 70 кг величина энергии, расходуемой за сутки для обеспечения основного обмена веществ, составляет 1680 ккал.

У животных трудно установить точную величину основного обмена, так как у них нельзя добиться абсолютного покоя и почти невоз­можно получить состояние натощак, так как пища у них очень долго находится в кишечнике. В опытах по изучению минималь­ного обмена животных заставляют голодать 3-4 суток, но это тяжело ими переносится, вызывает беспокойство и много лишних движений. Однако в результате многочисленных опытов были при­близительно установлены минимальные потребности животного в энергии. На основании этих данных были определены величины так называемого поддерживающего корма.

Лошадь весом в 500 кг расходует минимально 12000 кал в сутки (по 1 кал на кг веса в час). Это количество калорий может дать 3 кг овса, 2,7 кг сена, 0,75 кг соломы.

Минимальный обмен у быка такого же веса определен в 10500 кал. Поддерживающий корм может состоять у него из 7 кг лугового сена.

Пищеварение

Энергия, расходуемая на пищеварение. Для усвоения принятой пищи необходима активизация деятельности желудка, кишок, пе­чени, поджелудочной железы и других органов, при этом они рас­ходуют энергию.

Ежедневная работа

Энергия, расходуемая человеком для выполнения ежедневной работы. Величина этой энергии зависит от профессии, степени подвижности человека. Люди умственного труда потребляют энер­гию в меньшем количестве. Гораздо больший расход энергии у людей, которые занимаются физическим трудом, у спортсменов. У здорового взрослого человека величина энергии, образуемой за счет суточного пищевого рациона, должна соответствовать величине рас­ходуемой им энергии. Если величина энергии, образуемой в орга­низме, оказывается больше, чем ее расход, то развивается ожире­ние. Но если величина энергии, образуемой за счет принятой пищи, наоборот, будет меньше величины расходуемой энергии, происхо­дит распад запасов жира в организме человека с образованием энергии. При продолжении этого процесса в течение нескольких дней, не­дель человек худеет.

У молодых людей величина энергии, образуемой за счет принятой пищи, должна быть выше, чем вели­чина расходуемой энергии, так как для роста и развития молодого организма также требуется определенное количество энергии. Для определения расходуемой энергии существует несколько методов. При этом чаще всего применяются колориметры.

Уровень обмена энергии зависит от условий существо­вания и от состояния животного:

• газообмен повышается при работе, например, у лошади поглощение кислорода в минуту повышается с 1-2 л при покое до 6 — 8 л при беге;
• газообмен повышается при понижении внешней температуры; но происходит рефлекторно в результате раздражения кожи и верхних дыхательных путей холодным воздухом;
• у молодых животных газообмен выше, чем у взрослых, в связи обширными синтетическими процессами в растущем организме;
• у мужских особей обмен выше, чем у женских; это связано с влиянием мужских половых гормонов на газообмен;
• мелкие животные имеют более высокий обмен по сравнению с крупными (на единицу веса), так как у них больше относитель­ная поверхность тела и, следовательно, больше отдача тепла.

После приема пищи наступает повышение газообмена на несколь­ко часов. Такое влияние приема пищи на обмен веществ называют специфико-динамическим действием пищи. Наиболее сильным специфико-динамическим действием обладают белки. Специфико-­динамическое действие пищи связано с тем, что некоторые продукты распада пищи стимулируют обмен. В осуществлении специфико­-динамического действия пищи имеет значение нервная система. Доказано, что при мнимом кормлении обмен веществ повышается так же, как и после нормальной еды, но в несколько меньшей сте­пени. Специфико-динамическое Действие пищи зависит и от со­стояния желез внутренней секреции. Например, при ожирении, связанном с недостатком гормона гипофиза, белок пищи не оказы­вает почти никакого специфико-динамического действия.

Как мы уже знаем, при всех превращениях веществ в организ­ме происходит освобождение энергии, при этом химическая энер­гия пищевых веществ превращается в другие виды энергии (меха­ническую, электрическую, тепловую). Однако в конечном итоге все виды энергии в организме превращаются в тепловую энергию. Если учесть все тепло, выделяемое организмом, то мы сможем установить весь расход энергии в организме.

Однако прямое определение всего выделяемого тепла хотя и возможно, но очень сложно, поэтому обычно расход энергии у животного устанавливают косвенно, по расходу кислорода и об­разованию углекислоты в процессе обмена веществ. Это возможно потому, что расход 1 л кислорода или образование 1 л углекислоты точно соответствует образованию определенного количества тепла. Это количество тепла называют калорическим коэффициентом кисло­рода или углекислого газа.

Прямая калориметрия

Для учета поглощаемого организмом кислорода и выделяемой им углекислоты существует несколько методов. Лучший из них — камерный метод прямой калориметрии. Животное (или человека) помещают в герметически за­крывающуюся камеру с отверстиями для ввода и вывода воздуха, определенный объем которого постоянно циркулирует через ка­меру (рис. 83). Поглотители, поставленные на пути воздушного потока, поглощают углекислоту и воду, выделяемые животным. Животное непрерывно потребляет кислород из воздуха камеры, при этом давление в камере понижается, и вместо использованного кислорода в камеру из особого резервуара автоматически насасы­вается кислород. Таким путем обеспечивается точный учет газов, выделяемых животным и поглощаемых им. До опыта и после опыта животное взвешивают.

Непрямая калориметрия

Так как камеры для проведения прямой калориметрии дороги и громоздки используют методы непрямой калориметрии, в которых теплообразование в организме вычисляют по газообмену. Для определения газо­обмена за небольшие промежутки времени можно пользоваться маской с трубками для входа и выхода воздуха, которую надевают животному на голову. Выдыхаемый воздух при этом собирают в резиновые мешки, определяют его количество и содержание в нем углекислого газа и кислорода. По разнице в содержании этих газов в выдохнутом и атмосферном воздухе можно судить о ко­личестве использованного кислорода и образованной углекислоты за определенный отрезок времени. Материал с сайта http://wiki-med.com

Дыхательный коэффициент

При изучении газообмена прежде всего устанавливают отно­шение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода — CO₂/O₂, называемое респираторным или дыхательным коэффициентом. Это соотношение позволяет узнать, какое имен­но вещество сгорает в организме в данный момент. Например, при распаде углеводов до воды и углекислот газа потребляется столь­ко же молекул кислорода, сколько образуется молекул углекислоты.

Следовательно, дыхательный коэффициент в этом случае будет ра­вен единице. Это происходит потому, что в углеводах хватает вну­тримолекулярного кислорода на окисление водорода, а атмосферный кислород используется только для окисления углерода. В белках же и жирах внутримолекулярного кислорода мало, поэтому при их сгорании атмосферный кислород необходим не только для окисления углерода, но и для окисления большого количества водорода. В результате этого дыхательный коэффициент снижается для белков до 0,8 и до 0,7-0,6 для жиров. Дыхательный коэффициент может быть и больше единицы. Это бывает при переходе углеводов и жиры (например, при откорме животного), когда освобождается много внутримолекулярного кислорода и тем самым уменьшается потребление кислорода из воздуха.

При смешанной пище дыхательный коэффициент колеблется от 0,75 до 1, в зависимости от характера питания. Дыхательный коэф­фициент, следовательно, позволяет судить о том, какие вещества распадаются в организме. А это важно потому, что калорический коэффициент кислорода (и углекислого газа) меняется в зависимо­го от того, на окисление каких веществ он идет. В зависимости от дыхательного коэффициента на каждый литр поглощенного кислорода образуется от 1,0 до 5,0 кал. Теперь, зная количество погло­щенного кислорода (или выделенной углекислоты) и дыхательный коэффициент, нетрудно вычислить количество образовавшегося в организме тепла. Если, например, за какой-нибудь промежуток времени животное поглотило 100 л кислорода, а дыхательный коэффициент был равен 0,9, то, помножив 100 л на 4,924 (калоричес­кий коэффициент кислорода при данном дыхательном коэффициенте), узнаем, что в организме образовалось за это время 49,24 кал тепла.