Образование и расход энергии

Жизнедеятельность организма поддерживается благода­ря постоянному поступлению энергии в процессе окисле­ния сложных органических молекул при разрыве химичес­ких связей. Молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (лимонная кислота), окисляясь далее до С0₂ и Н₂0. Все энергетичес­кие процессы, протекающие с участием кислорода, образу­ют систему аэробного обмена. Выделение энергии без кис­лорода называется анаэробным обменом. Накопление энергии происходит главным образом в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ служит также средством переноса энергии, поскольку диф­фундирует в те места, где необходима энергия. В свою оче­редь образование и распад АТФ связаны с процессами, на которые необходимо затратить энергию. При необходимо­сти в энергии путем гидролиза разрывается связь фосфат­ной группы и высвобождается находящаяся в ней химичес­кая энергия. Полученная потенциальная энергия затем превращается в кинетическую — механическую, химичес­кую, осмотическую и электрическую работу. Часть энергии используется для поддержания постоянства внутреннего со­стояния организма, синтеза новых веществ, обновления и строения клеток, сокращения мышц, проведения нервных импульсов.

Количество энергии, выделяемой при сгорании какого-либо вещества, не зависит от этапов его распада. Известно, что углеводы и белки дают в среднем около 17,16 кДж/г (4,1 ккал/г) энергии. Самой высокой энергетической спо­собностью обладают жиры: 1 г жира дает 38 гДж/г (9,1 ккал/г) энергии, что больше количества энергии, вы­деляемой при окислении белков и углеводов, вместе взятых.

Энергетический обмен живого организма состоит из основного обмена и рабочей прибавки к основному обме­ну. Количество энергии, расходуемой организмом в состо­янии покоя и натощак, называется основным обменом.

Основной обмен определяют утром (при этом пациент находится в состоянии покоя — в положении лежа), при температурном комфорте 18—20°С, натощак, через 12 ч после принятия пищи, при исключении из пищи белков за 2—3 суток до исследования. Основной обмен выражают в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж), выделенных организмом при

указанных условиях на 1 кг массы тела либо на 1 м² поверхности тела за 1 ч или за сутки.

Основной обмен в значительной степени зависит от функций нервной и эндокринной систем, физиологическо­го состояния внутренних органов, а также от внешних вли­яний на организм. Уровень основного обмена может изме­няться при недостаточном или излишнем питании, продолжительной физической нагрузке, изменениях кли­матических условий и др. У разных людей величина основ­ного обмена зависит главным образом от возраста, массы тела, пола, роста. У взрослого здорового человека основной обмен за 1 ч составляет в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела, причем у женщин он на 10—15 % ниже, чем у мужчин. У детей он выше, чем у взрослых; у пожилых лю­дей снижается.

Рабочая прибавка — это повышение энергетического об­мена выше основного объема. Факторы, при которых уве­личивается расход энергии — прием пищи, изменения внешней температуры и мышечная работа.

Основной обмен нарушается при заболеваниях эндок­ринных желез. Например, при гиперфункции щитовидной железы он может увеличиться до 150 % от нормы, а при ги­пофункции снижается. Значительные изменения наблюда­ются при патологии гипофиза, регулирующего деятельность периферических желез внутренней секреции.

Для определения интенсивности обмена веществ и энер­гии используют прямые и непрямые методы калориметрии. Метод прямой калориметрии основан на непосредственном определении тепла, выделяемого в процессе жизнедеятель­ности организма. Для этого человека помещают в специаль­ную калориметрическую камеру, в которой учитывается все количество тепла, отдаваемого телом человека. Метод сло­жен и применяется только в научно-исследовательских уч­реждениях.

На практике чаще используют метод непрямой калори­метрии. Суть его заключается в том, что вначале определя­ют объем легочной вентиляции, а затем количество погло­щенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного организмом кислорода называется дыхатель­ным коэффициентом. По величине последнего можно судить о характере окислительных веществ в организме.

Так, при окислении углеводов дыхательный коэффици­ент равен 1, поскольку для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0.

При окислении белков дыхательный коэффициент ра­вен 0,8, при окислении жиров — 0,7. В результате неболь­шого содержания в жирах и белках внутримолекулярного кислорода для их окисления потребуется больше кислоро­да: для окисления 1 г белков — 0,97 л, а 1 г жиров — 2,03 л.

Определить расход энергии можно и по газообмену. Ко­личество тепла, освобождаемого в организме при употреблении 1 л кислорода (калориметрический эквивалент кис­лорода), зависит от того, на окисление каких веществ ис­пользовался кислород. Калориметрический эквивалент кислорода для окисления углеводов равен 21,13 кДж (5,05 ккал),белков — 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров — 19,62 кДж (4,686 ккал). Существует зависимость

между дыхательным коэффициентом и количеством энергии, которая образует­ся при поглощении 1 л кислорода (табл.).

Таблица: Зависимость между величинами дыхательного коэффициента и энергией окисления

Дыхательный коэффициент	Количество энергии, высвобожденной при окислении, %		Калориметри­ческий эквивалент кислорода
	жиров	углеводов
0,70	100	0,0	4,69
0,75	85	15	4,74
0,80	68	32	4,80
0,85	51	49	4,86
0,90	34	66	4,92
0,95	17	83	4,98
1,00	0,0	100	5,05

Интенсивность обменных процессов в значительной степени зависит от величины физической нагрузки. Уро­вень обмена веществ при очень низкой активности («отно­сительный покой» индивидуума) составляет примерно 9600 кДж/сут (2300 ккал/сут) для мужчин. Уровень нагрузки при физической работе может быть оценен по затраченной энергии и выражаться при помощи так называемой ступен­чатой энергетической шкалы, соседние ступени которой от­стоят одна от другой на 2000 кДж. Так, при легкой работе ин­тенсивность обменных процессов достигает 12 000 кДж/сут (2800 ккал/сут), при умеренной — 22 000 кДж/сут (5200 ккал/сут), при тяжелой — 42 000 кДж (10 000 ккал/сут).

Под рациональным питанием понимают достаточное в количественном и полноценное в качественном отношении питание. Основа рационального питания — сбалансирован­ность, оптимальные соотношения компонентов нищи (аминокислот, полиненасыщенных жировых кислот, фосфатидов, стеринов, жиров, Сахаров, витаминов, минеральных солей, органических кислот и др.). Насчитывается около 60 пищевых веществ, требующих сбалансированности. Раци­ональное питание обеспечивается оптимальным поступле­нием энергетических, пластических и регуляторных ве­ществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Однообразное питание, при котором исключа­ются отдельные компоненты сбалансированного пищево­го рациона, вызывает нарушение обмена веществ. Для че­ловека сбалансированное питание включает белки, жиры и углеводы в массовых соотношениях 1:1:4. Это дает воз­можность проводить нормирование суточной калорийнос­ти пищевого рациона за счет белков: 15 % суточной кало­рийности (половина животного происхождения). Жиры должны составлять примерно 30 % суточной калорийнос­ти (70—80 % животный жир). Энергетическая доля углево­дов при таких соотношениях должна быть 55 %. Если не­обходимо снизить массу тела, то следует ограничить количество употребляемых углеводов. При тяжелой мышеч­ной работе разрушается много белков, поэтому необходи­мо увеличить их поступление с пищей в организм человека.