Обмен веществ, основной обмен

Обмен энергии в организме непрерывно связан с обменом веществ (20).

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый – анаболизм – объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй – катаболизм – включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции – освобождения организма от веществ, его составляющих.

Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Внедрение в биологические исследования меченых атомов позволило в экспериментах на животных установить, что во всех тканях и клетках обмен веществ происходит непрерывно: никакой разницы между «строительными» и «энергетическими» молекулами не существует. В организме все молекулы равным образом участвуют в обмене веществ. В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков, ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 часа, а некоторые даже через несколько десятков минут.

С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. И потому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической – передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической – создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической – синтез веществ и т. д.

Практически половина всей энергии, получаемой в итоге катаболизма, пропадает в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение – процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, пропадает в виде тепла и лишь 20% преобразуется в механическую работу (сокращение мускулы). Если человек не совершает работу, то фактически вся генерируемая им энергия пропадает в форме тепла (к примеру, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является чётким выражением величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энергии используют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Ровная калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное либо человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции употребляются данные о теплоемкости воды, её объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей воды.

Непрямая калориметрия базирована на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Более распространен метод Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). потом определяют размер выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2.

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода – дыхательному коэффициенту (ДК) – можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а углеводов – 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода.

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некие физиологические характеристики, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный размер, частота сокращений сердца и минутный размер кровотока – все они отражают издержки энергии. Но эти характеристики недостаточно точны.

Интенсивность энергетического обмена существенно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических издержек у различных людей была введена условная обычная величина – основной обмен (24). Основной обмен – это малые для бодрствующего организма издержки энергии, определенные в строго контролируемых обычных условиях:

1) при удобной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не обязан спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс увеличивает метаболизм;

4) натощак, т.Е. Через 12 – 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У парней в день основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела приблизительно на 10% меньше, чем у парней, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста равномерно снижается.